Второе поколение электрических двигателей
Второй этап развития электрических двигателей (1834—1860 гг.) характеризуется преобладанием конструкций с вращательным движением явнополюсного якоря. Вращающий момент на валу таких двигателей обычно был резко пульсирующим.
Наиболее характерные и существенно важные работы по конструированию электродвигателей этого рода принадлежат Б. С. Якоби. Изучая конструкции электродвигателей своих предшественников, в которых было осуществлено возвратно-поступательное или качательное движение якоря. Якоби отозвался об одном из них, что «такой прибор будет не больше, чем забавной игрушкой для обогащения физических кабинетов», и что «его нельзя будет применять в большом масштабе с какой-нибудь экономической выгодой»-Поэтому он направил свое внимание на построение более мощного электродвигателя с вращательным движением якоря.
В 1834 г. Якоби построил и описал электродвигатель, который действовал на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (четыре П-образных электромагнита) располагалась на неподвижной раме, а другая аналогичная группа — на вращающемся диске (расположен слева). В качестве источника тока для питания электромагнитов была применена батарея гальванических элементов. Для попеременного изменения полярности подвижных электромагнитов служил коммутатор.
Коммутатор представлял собой чрезвычайно важную и глубоко продуманную часть устройства электродвигателя Якоби. Конструктивно он представлял собой четыре металлических кольца, установленных на валу и изолированных от него; каждое кольцо имело четыре выреза, которые соответствовали одной восьмой части окружности. Вырезы были заполнены изолирующими вкладками; каждое кольцо было смещено на 45° по отношению к предыдущему. По окружности кольца скользил рычаг, представлявший собой своеобразную щетку; второй конец рычага был погружен в соответствующий сосуд со ртутью, к которому подводились проводники от батареи (сосуды Со Ртутью являлись наиболее распространенными в то вре-Мя контактными устройствами). Таким образом, при каждом обороте кольца 4 раза разрывалась электрическая Цепь. К электромагнитам вращающегося диска отходили °т колец проводники, укрепленные на валу машины. 0бмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно и обтекались током батареи в одном направлении. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последоватеЛьнб, НО Направление тока в них с помощью коммутатора изменялось 8 раз за один оборот вала. Следовательно, полярность этих электромагнитов также изменялась 8 раз за один оборот вала и эти электромагниты поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рц. мы. На рис. 4-17 представлена схема коммутации электродвигателя Якоби, на.которой стрелками указано направлен ние тока для данного положения вала. Из схемы видно, что первое и второе, третье и четвертое кольца попарно электрически соединены между собой; также попарно соединены между собой первый и четвертый, второй и третий сосуды со ртутью. По схеме коммутации можно проскои цепи, равно как и установить, что при повороте якоря на 45° направление тока в обмотках подвижных электромагнитов меняется на противоположное (т. е. 8 раз за каждый оборот вала). По обмотке неподвижной рамы проходит ток всегда в одном направлении.
Первый электродвигатель, построенный Якоби, мог поднимать груз весом 10—12 фунтов (т. е. примерно 4—5 кг) на высоту 1 фут (примерно 30 см) в секунду, что составляло мощность около 15 вт.
Желание увеличить мощность электродвигателя привело Б. С. Якоби к созданию конструкции электродвигателя сдвоенного типа. Этот электродвигатель имел '24 неподвижных П-образньих электромагнита и 12 подвижных стержневых электромагнитов, но действовал на том же принципе, что и первый его электродвигатель. Прогрессивным в этом варианте двигателя Якоби было то, что при подобной конструкции электродвигателя подшипники разгружались от аксиальных усилий, которые возникали в первом электродвигателе при совмещении осей подвижных и неподвижных электромагнитов. Изменение конструкции, однако, не дало значительного увеличения мощности и не позволилио применить электродвигатель на практике НУЖНО было искать новое конструктивное решение, которое через несколько лет и было найдено Б. С. Якоби.
Первый свой электродвигатель Якоби построил в мае 1834 г., а в ноябре того же года он представил Парижской академии наук сообщение об этом устройстве. Сообщение было прочитано на заседании Парижской академии в декабре 1834 г. и немедленно после этого опубликовано. Таким образом, известие об изобретении Б. С. Якоби очень скоро распространилось по всем странам.
В 1837 .г. американский техник Т. Девенпорт также построил электродвигатель с непосредственным вращением якоря, в котором взаимодействовали подвижные электромагниты с неподвижными постоянными магнитами. В этой конструкции были некоторые прогрессивные идеи, на которые по-видимому, обратили внимание конструкторы электродвигателей, в том числе и Б. С. Якоби.
Электродвигатель Девенпорта имел четыре горизонтальных крестообразно расположенных электромагнита, укрепленных на деревянном диске, жестко связанном.с вертикальным валом. Эти электромагниты были распложены внутри двух постоянных магнитов в форме полуокружностей, опирающихся на деревянное кольцо; магниты соприкасались одноименными полюсами и создавали кольцо с двумя полюсами: N и S. На особой подставке были расположены медные пластины, разделенные посередине изоляцией; к ним подводился ток от источника питания. Концы последовательной обмотки каждой пары электромагнитов имели пружинящие контакты. Взаимодействие электромагнитов и постоянных магнитов приводило электродвигатель в работу, причем полярность электромагнитов в соответствующие моменты изменялась при помощи коммутатора.