Перші кроки.

Перший діючий електродвигуни заснований на силі електромагнетизму був винайдений на багато раніше,а саме у 1834 російським вченим Б.С.Якобі. Він створив перший в світі практично придатний електродвигун з обертовим якорем. Зовнішній вигляд першого двигуна Б. С. Якобі показаний на рис. 2.25. Цей електродвигун працював за принципом взаємодії двох комплектів електромагнітів, один з яких розташовувався на рухомій рамі, інший - на нерухомій. Як джерело живлення електромагнітів застосовувалася батарея гальванічних елементів. Для зміни полярності рухомих електромагнітів використовувався комутатор (рис. 2.26), який представляв собою оригінальну частину пристрою електродвигуна Якобі.

Конструктивно він складався з чотирьох металевих кілець 1-4, встановлених на валу і ізольованих від нього; кожне кільце мало чотири вирізи по одній восьмій частині кола. Вирізи заповнювалися ізолюючими вкладками; кожне кільце було зміщено на 45 ° по відношенню до попереднього. По колу кільця ковзав важіль 5, який представляв собою своєрідну щітку; другий кінець важеля був занурений у відповідний посудину з ртуттю 6, до якого підводилися провідники від батареї.

Таким чином, при кожному обороті кільця 4 рази розривалася електричний ланцюг. Від кілець до електромагнітам обертового диска підходили провідники, укріплені на валу машини. Обмотки всіх електромагнітів нерухомою рами I були з'єднані послідовно, і струм в них мав один напрямок. Обмотки електромагнітів обертового диска II були також з'єднані послідовно, але напрямок струму в них за допомогою комутатора змінювалося 8 разів за один оборот валу.

Отже, полярність цих електромагнітів також змінювалася 8 разів за один оборот валу і вони по черзі притягувалися і відштовхувалися електромагнітами нерухомої рами. На рис. 2.26 стрілками вказані напрямки струмів для даного положення вала. Потужність двигуна складала приблизно 15 Вт.

Цей етап історії появи електродвигунів пов'язаний з ще одним відомим вченим того часу - Т. Девенпорт, в 1837 році розробив власну, альтернативну конструкцію двигуна. Його робота грунтувалася на безпосередньому обертанні якоря, в якому відбувалося взаємодія рухомих електромагнітів з нерухомими постійними магнітами. Двигун Девенпорта мав чотири магніти, розташованих хрестоподібно і укріплених на диску з дерева, який був пов'язаний з вертикальнию жардиною. Чотири магніту розташовувалися в кільці з двох постійних магнітів, виконаних у формі півкіл - таким чином кільце мало два полюси: N і S.

Окремо від конструкції з магнітами, на підставці, розташовувалися мідні пластини, розділені посередині ізоляцією. Обмотка електромагнітів була з'єднана послідовно, а її кінці мали пружні контакти. Електродвигун приводився в рух за рахунок взаємодії постійних магнітів і електромагнітів, причому електромагніти змінювали свою полярність у відповідні моменти, під впливом енергії з комутатора. У цій конструкції були деякі прогресивні ідеї, на які мабуть, звернули увагу конструктори електродвигунів, в тому числі і Б.С. Якобі.

У 1838 р він встановив вдосконалений електродвигун (0,5 кВт) на гребний борт, який був випробуваний на Ниві для приведення в рух човна з пасажирами, швидкість якого досягала 4,5 км / год., Тобто отримав перше практичне застосування.

Таким чином, випробування різних конструкцій електродвигунів привели Б.С. Якобі та інших дослідників до наступних висновків:

- Застосування електродвигунів знаходиться в прямій залежності від здешевлення електричної енергії, тобто від створення генератора, більш економічного, ніж гальванічні елементи;

- Електродвигуни повинні мати по можливості малі габарити і по можливості більшу потужність і більший коефіцієнт корисної дії.

Втім, зрозуміло що всі ці досліди мали чисто демонстраційний характер, і до тих пір поки не був винайдений і впроваджений у виробництво досконалий електричний генератор, електродвигуни не могли знайти широкого застосування, так як живити їх від батареї було занадто дорого і невигідно.

З електричних двигунів (рис. 4), які отримали практичне застосування слід зазначити двигун французького інженера Фромана, що застосував його в друкарні. У той час більшість виробничих операцій в друкарнях велося або ручним способом, або на машинах з ручним приводом. Поява великих друкованих машин зажадало приводу від двигуна. Для однієї великої друкарської машини, звичайної для друкарні того часу, яка працювала до того ж періодично, а не протягом цілого робочого дня, простіше було використовувати електродвигун. Електромагніти цього двигуна розташовані по колу (шість пар, на малюнку верхні дві пари зняті для того, щоб краще показати якір двигуна з залізними пластинами, притягує і відштовхує електромагнітами).

Рис. 4 - Загальний вид електродвигуна Фромана

Всі розглянуті вище електродвигуни діяли на принципі взаємних тяжінь і відштовхувань магнітів або електромагнітів. Вони були забезпечені якорями найпростішої форми у вигляді стрижня з обмоткою; такі стрижневі якорі є явно полюсними. Цим електродвигунів були притаманні суттєві недоліки. Найбільш серйозними з них були великі габарити машини при порівняно малій потужності, велика магнітне розсіювання і низький КПД. Крім того, крутний момент на валу таких електродвигунів відрізнявся непостійністю і в зв'язку з поперемінним тяжіння і відштовхування стрижневих якорів дію таких електродвигунів було в більшою чи меншою мірою поштовхоподібними. При таких різких і частих змінах крутного моменту на валу двигуна застосування останнього в системі електроприводу уявлялося малоперспективним.

60-ті роки XIX ст. прийнято вважати заключним етапом в історії розвитку електродвигунів. Цей період характеризувався розробкою двигунів з кільцевих неявнополюсним якорем і обертовим моментом з високою постійністю.

Одними з «піонерів» цього напрямку був професор фізики Болонського і Пізанського університетів Антоніо Пачінотті. Його двигун складався з якоря кільцеподібної форми, що обертається в магнітному полі електромагнітів. Підведення струму здійснювався роликами. Обмотка електромагнітів включалася послідовно з обмоткою якоря (тобто електромашина мала послідовне збудження). Габарити двигуна були невеликі, він мав практично постійний крутний момент. У двигуні Пачінотті явно полюсний якір був замінений неявнополюсним. У 1863 р Пачінотті опублікував відомості про конструкцію свого електродвигуна (рис. 5), але на цю публікацію не було звернуто досить уваги, і винахід було на час забуто. Але незважаючи на великий інтерес з принципової точки зору, воно не набуло поширення, так як і раніше не було ще економічного генератора електричної енергії.

Рис. 5 – Модель эелектродвигуна Пачінотті