ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1928 года по МПК H02K23/64 

На чертеже фиг. 1 изображает продольный осевой разрез предлагаемого электрического двигателя; фиг. 2 и 3 - его поперечные разрезы с видом на внутреннюю часть двигателя; фиг. 4 - его поперечный разрез по АВ фиг. 1, с видом на коммутатор. На фиг. 5 изображена схема соединения в двигателе. На фиг. 6 и 7 показаны электромагниты, снабженные полюсными башмаками, и силовые линии (толстым пунктиром указан главный силовой поток, а тонким - утечка). На фиг. 8 изображены в разрезе по mh фиг. 9 вращающиеся электромагниты и по of фиг. 10 - соединения полюсных башмаков пластинками 17; на фиг. 9 - вид на полюсные башмаки вращающихся электромагнитов с пластинками со стороны А фиг. 8; на фиг. 10 - вид со стороны Е фиг. 8. На фиг. 11, 12 и 13 изображены схемы включения конденсатора и сопротивления в цепь электромагнитов.

Предлагаемый электрический двигатель состоит из отдельных дугообразной формы электромагнитов 1, прикрепленных к станине 2, помощью болтов 3, и плотно сидящих в приливах станины 4. Электромагниты разделяются на вращающиеся С и неподвижные D, при чем вращающиеся электромагниты расположены во внутренней части двигателя и закреплены на валу 5 с помощью бронзовой втулки 6, диска 7, болтов 8 и шпонок 9, а неподвижные электромагниты прикрепляются к станине с помощью указанных выше приливов и болтов. Станина разделяется на три части Е, F и F₁, при чем части F и F₁ имеют в нижней своей части приливы 10, служащие двигателю основанием для установки его на фундамент, и с боков - подшипники 11 для вала 5 двигателя, имеющего по концам заточки 12 с запасом на „игру вала“. На одном конце вала помещен шкив 13, другой же конец оставлен в запасе для помещения на нем сцепной муфты, шкива или зубчатки. В станине сделаны отверстия 14, служащие для вентиляции обмоток электромагнитов и закрываемые сетками (сетки на чертеже не указаны), а также ввернуты кольца 15 для подъема двигателя краном или другим приспособлением. Все электромагниты снабжены полюсными башмаками 16, которые прикреплены к стержням электромагнитов и соединены между собой фасонными медными или висмутовыми пластинками 17 и фасонными дисками 18 и 19. Все катушки электромагнитов соединяются последовательно по двенадцать штук, при чем концы проводов от неподвижных электромагнитов, в данном случае 20, 21, 22 и 23, присоединяются параллельно к сети питающей машины непосредственно (фиг. 5), а провода от вращающихся электромагнитов 24, 25 и 26 присоединяются к пластинам коммутатора 27, ток в которые поступает из сети через щетки 28, прикрепленные с помощью держателей 29 к кольцу 30; провода от щеток присоединяются к питающей линии тоже параллельно. Коммутатор состоит из трех частей K, L и М; каждая часть с парой щеток обслуживает шесть последовательно соединенных электромагнитов. Пластин в каждой части коммутатора двенадцать, т.-е. по шесть пластин на каждый конец провода.

Присоединение проводов к пластинам видно из схемы, согласно фиг. 5. Действие двигателя основано на принципе: „Одноименные полюса электромагнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются“, а также на том, что перенос большей части электрической энергии совершается вокруг проводника, несущего ток, для утилизации которой служит лучшая проводящая среда, чем воздух, в данном случае - железо электромагнита. Ток по проводам 20, 21, 22 и 23 поступает в обмотки неподвижных электромагнитов D и по проводам 24, 25 и 26 через щетки и пластины коммутаторов в обмотки вращающихся электромагнитов С. Вследствие расположения полюсов согласно фиг. 5, электромагниты под действием силы притяжения и отталкивания придут в движение в сторону, указанную стрелкой, вследствие того, что у вращающихся электромагнитов башмаки сделаны так, что образуют как бы „угол опережения“, т.-е. имеют размеры несколько большие, чем у неподвижных электромагнитов и направленные в сторону вращения, благодаря чему получается беспрерывная магнитная цепь почти одного сопротивления во все время действия машины, а также и вращение в вышеуказанную сторону. В виду того, что вращающиеся электромагниты сдвинуты относительно неподвижных электромагнитов на 20° и между собой на 10°, в соответствии с чем сделан и коммутатор, то работа двигателя получается равномерной, так как „мертвые точки“ имеют место лишь в какой-либо одной серии вращающихся электромагнитов, две же другие выводят ее из „мертвого положения“, находясь одна на 20° и другая на 10° относительно неподвижных электромагнитов. Таким образом, электромагниты, снабженные полюсными башмаками, подразделены на три группы R, S, Т (фиг. 1), сдвинутые друг по отношению к другу на угол в 10° и питаемые, каждая, от своего коммутатора. Кроме того, равномерному ходу двигателя способствуют также и сами вращающиеся электромагниты, представляющие сами по себе значительную массу, а, следовательно, и обладающие соответствующей силой инерции. Вследствие вышеописанного, каждая серия вращающихся электромагнитов будет подвергаться силе притяжения к последующему неподвижному электромагниту и отталкиваться от предыдущего, за исключением короткого периода времени в течение перемены направления тока в коммутаторе (щетки на изоляции), и каждый раз с изменением полярности во вращающихся электромагнитах, т.-е. за один оборот вала произойдет двенадцать циклов перемагничивания во вращающихся электромагнитах.

Таким образом, вращающиеся электромагниты при движении будут достигать „мертвой точки“ для средних электромагнитов, и в этот момент ток в коммутаторе будет менять свое направление и перемагничивать полюса электромагнитов, вследствие чего получится беспрерывное вращение электромагнитов, а с ними и вала. В неподвижных электромагнитах ток не меняет своего направления, и полярность их остается неизменной.

Материалом для изготовления станины может служить чугун, с наивозможно меньшей магнитной проницаемостью, но лучше употреблять бронзу во избежание потери на рассеивании магнитных силовых линий. Для сердечников и башмаков применяется электромагнитный сплав железа с никкелем, как обладающий значительной магнитной проницаемостью, по сравнению с обыкновенным железом; проницаемость этого сплава даже превосходит в несколько раз проницаемость железа. Обмотка электромагнита, смотря по назначению двигателя, может быть и с бумажной оплеткой в несколько слоев (в зависимости от напряжения тока), может быть и огнеупорной. Остальные части двигателя могут делаться так же, как и вообще они делаются у электрических машин.

В предлагаемом двигателе каждый электромагнит самостоятелен, магнитно не связан с другими деталями двигателя и образует магнитную цепь только с находящимся с ним в известных положениях другим электромагнитом, как, например, на фиг. 6 - электромагнит а с электромагнитами b и с с электромагнитами d и на фиг. 7 - электромагнит А с электромагнитами В. Электромагниты так рассчитаны, чтобы магнитная цепь, при каждом цикле намагничивания и движении вращающего электромагнита от одного неподвижного электромагнита до другого, составлялась из одной пары электромагнитов и ни от чего более не зависела бы (магнитная цепь одинакового сопротивления); по возможности, эти электромагниты изолированы от станины и др. деталей двигателя.

По фиг. 6 и 7 можно судить о цели образования угла опережения. Не будь удлинения е (угол f), то сопротивление магнитной цепи резко бы менялось вследствие образовывавшегося каждый раз большого промежутка воздуха. Этого можно избежать удлинением полюсного башмака в сторону вращения, так как магнитным силовым линиям легче пройти по длинному пути через железо, чем по более короткому через слой воздуха. Это достигается удлинением е полюсного башмака. Поэтому, электромагнит будет вращаться в сторону удлинения, так как с этой стороны на него действует притяжение, а с противоположной - отталкивание и к тому же пара электромагнитов а и b составляет магнитную цепь, стремящиеся поэтому установиться так, чтобы магнитный поток, проходящий через них, был наибольшим, вследствие чего подвижные электромагниты приходят в движение и останавливаются лишь в тот момент (на самом деле не останавливаются, а проходят по инерции далее), когда оси сердечников совпадают, но в этот момент удлинение е придет в близкое положение со следующим неподвижным электромагнитом и ток изменит свое направление во вращающихся электромагнитах, полюса перемагнитятся и снова начнется тот же процесс. Во время перемагничивания полюсов другие неподвижные электромагниты K и L находятся с вращающимися в мертвом положении, а следующие, могущие притянуть их (т.-е. вращающиеся электромагниты), разделены большим слоем воздуха b и с, а потому сделать это бессильны, да к тому же они в это время не составляют магнитной цепи с другими электромагнитами, а потому сила их падает.

Способ скрепления полюсных башмаков виден из фиг. 8-10 со следующими обозначениями: а и b - медные или висмутовые пластинки, с - перегородки, соединяющие основные части пластинки, n - поверхности башмаков. Вся пластинка отливается вместе с перегородкой и потом обрабатывается и прилаживается к башмакам с привертыванием к ним посредством винтов k (в разрез на фиг. 8 не попадают). После сборки и скрепления поверхности башмаков протачиваются вместе с пластинками. Указанные пластинки 17 имеются лишь у центральных полюсов, у боковых же (фиг. 1) имеются фасонные диски 18 и 19. Если разрезать все скрепление фиг. 9 по линии mh, то а образует заштрихованную поверхность, а промежуток между ребрами Z в разрезе фиг. 8 даст две дугообразные линии. Толстыми сплошными линиями на фиг. 9 показано скрепление вращающихся электромагнитов бандажами, которые закладываются в проточенные в башмаках и пластинках углубления. В неподвижных электромагнитах этих бандажных скреплений не требуется. На фигурах 8 и 9, чтобы не затемнять чертежа, проекции катушек не указаны.

Для уничтожения вредных действий самоиндукции в цепях переменного тока можно включать конденсаторы и, таким образом, нейтрализовать эти влияния самоиндукции, проявляющиеся в смещении фазы тока и напряжения, а также в искрообразовании. Включая в цепь вращающихся электромагнитов конденсатор и сопротивление, можно получать соответствующие результаты. Согласно фиг. 11, конденсатор k и сопротивление R включены последовательно с вращающимися электромагнитами М. Это включение осуществляется с помощью контактных колец 1, 2, 3, 4, насаженных на вал двигателя, и щеток 5, 6, 7 и 8, укрепляемых в соответствующих щеткодержателях.

Согласно фиг. 12, конденсатор k включен в ответвления сопротивления R, которое само включено последовательно с электромагнитами М.

Согласно фиг. 13, конденсатор k и сопротивление R включены параллельно с электромагнитами М, при чем конденсатор k включен в ответвление сопротивления R. Фиг. 13 представляет из себя уменьшенный контур, отрезанный по линии abcd фигуры 12, при чем остальные детали, как контактные кольца, коммутатор и проч., в виду тождественности их, не указаны.

1. Электрический двигатель, состоящий из двух магнитно не связанных со станиной двигателя систем подковообразных электромагнитов - одной неподвижной, а другой вращающейся, питаемых, постоянным током от постороннего источника электрической энергии, из коих вторая вращающаяся система включается на источник энергии через коммутатор, изменяющий, при вращении, направление тока в электромагнитах, характеризующийся тем, что электромагниты, снабженные полюсными башмаками (фиг. 6 и 7), имеющими длину по окружности двигателя, большую половины межполюсного пространства, подразделены на три группы R, S, Т, сдвинутые друг по отношению к другу на угол в 10° и питаемые, каждая, от своего коммутатора, из коих одна R собрана, подобно ротору и статору обычных машин, так что оси электромагнитов направлены перпендикулярно к оси вала, две же другие группы S и Т, расположенные с обеих сторон первой, собраны на перпендикулярных к оси вала дисках так, что оси этих электромагнитов направлены параллельно оси вала и расположены по окружности, концентрической с валом (фиг. 1, 6 и 7).2. В охарактеризованном в п. 1 электрическом двигателе применение станины, изготовленной из бронзы или другого не ферромагнитного материала и состоящей из трех свинчиваемых частей - одной центральной и двух боковых.

3. В охарактеризованном в п.п. 1 и 2 электрическом двигателе применение: а) медных или висмутовых пластинок (17 на фиг. 2, "а" и "b" на фиг. 8 и 9), соединяющих между собой в общее колесо среднюю группу электромагнитов, и б) медных, с вырезами для полюсных башмаков, дисков, скрепляющих две боковые группы электромагнитов.

4. В охарактеризованном в п.п. 1-3 электрическом двигателе применение конденсатора K и сопротивления R, соединенных между собою последовательно или параллельно и включенных последовательно или параллельно в цепь электромагнитов М (фиг. 11, 12 и 13).