Томас Дэвенпорт

Томас Дэвенпорт (англ. Thomas Davenport, 9 июля 1802, Уильямстаун, Вермонт — 6 июля 1851, Солсбери, Вермонт) — американский кузнец и изобретатель-самоучка, пионер электротехники. Наиболее известен созданием одного из первых практически пригодных электродвигателей постоянного тока, запатентованного в 1837 году, а также использованием этого двигателя для привода печатного станка, что стало одной из первых демонстраций электрической тяги в промышленности.

Биография

Ранние годы и обучение

Томас Дэвенпорт родился в семье фермера в Уильямстауне, штат Вермонт. Получил лишь начальное образование в местной школе, после чего в возрасте 14 лет был отдан в обучение к кузнецу. Впоследствии он открыл собственную кузницу в городе Брандон, где занимался изготовлением подков, инструментов и сельскохозяйственного инвентаря. Интерес к электричеству у Дэвенпорта пробудился в 1831 году, когда он увидел электромагнит, привезённый из Нью-Йорка. В то время электромагниты, изобретённые Уильямом Стердженом и усовершенствованные Джозефом Генри, были ещё редкими и дорогими устройствами. Дэвенпорт, не имея специального образования, самостоятельно изучил принципы магнетизма и электричества, разобрав и пересобрав приобретённый образец.

Создание электродвигателя

В 1834 году Дэвенпорт начал эксперименты по созданию вращающегося электромагнитного двигателя. К тому времени существовали лишь отдельные прототипы, такие как двигатель Питера Барлоу (1822) и модель Уильяма Стерджена, но они не могли совершать полезную работу из-за низкой мощности и импульсного характера движения. Дэвенпорт первым применил принцип коммутации тока: он сконструировал щёточно-коллекторный узел, который позволял автоматически переключать направление тока в обмотках ротора, обеспечивая непрерывное вращение. В его конструкции использовались два электромагнита на статоре и два — на роторе. Для изготовления проводов он вручную наматывал медную проволоку, изолированную хлопчатобумажной тканью, пропитанной шеллаком.

К 1835 году Дэвенпорт построил действующую модель, способную вращать небольшой вал со скоростью около 30 оборотов в минуту. Для демонстрации возможностей изобретения он привёл с её помощью в движение точильный камень, а затем — небольшую модель печатного станка.

Патент и коммерциализация

В 1837 году Томас Дэвенпорт совместно со своим зятем Оринджем Смолли (англ. Orange Smalley) подал заявку на патент в Патентное ведомство США. Патент № 132 был выдан 25 февраля 1837 года на «Улучшение в машинах, приводимых в движение электромагнетизмом» (англ. Improvement in machines propelled by electro-magnetism). Это был первый в истории патент США на электродвигатель. В описании указывалось, что устройство может использоваться для привода станков, насосов и транспортных средств.

Дэвенпорт попытался наладить коммерческое производство своих двигателей. Он основал небольшую мастерскую и начал выпускать электродвигатели мощностью до 0,5 лошадиных сил. Однако проекты столкнулись с рядом проблем:

• Отсутствие дешёвых источников электроэнергии. Дэвенпорт использовал гальванические батареи (элементы Даниэля), которые были дорогими и требовали частой замены цинковых пластин и электролита.
• Низкая надёжность изоляции обмоток. Частые короткие замыкания и перегрев выводили двигатели из строя.
• Сложность в привлечении инвесторов. Промышленники того времени скептически относились к электричеству как к источнику механической энергии, предпочитая паровые машины.

Демонстрация возможностей

Наиболее известной демонстрацией изобретения Дэвенпорта стал запуск печатного станка в 1839 году. В мастерской в Брандоне он установил электродвигатель, который приводил в движение небольшой печатный пресс. На этом станке была отпечатана газета «The Electro-Magnet and Mechanics Intelligencer» — одно из первых в мире периодических изданий, напечатанных с использованием электрической энергии. Тираж газеты был небольшим, и проект не получил продолжения из-за технических трудностей и нехватки средств.

В 1840 году Дэвенпорт демонстрировал свой двигатель в Нью-Йорке и Филадельфии, пытаясь заинтересовать правительственные комитеты и частных предпринимателей. Он предлагал использовать электродвигатели для привода токарных станков, сверлильных машин и даже для движения поездов. Однако все предложения были отклонены.

Последние годы и наследие

К концу 1840-х годов Дэвенпорт разорился. Его мастерская закрылась, а оборудование было продано за долги. Изобретатель вернулся в родной Вермонт, где умер в 1851 году в возрасте 48 лет. Его вклад в электротехнику долгое время оставался недооценённым. Лишь в конце XIX века, с развитием электрификации и появлением мощных генераторов, работы Дэвенпорта были признаны пионерскими.

Устройство двигателя Дэвенпорта

Двигатель Томаса Дэвенпорта относился к типу электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением. Его конструкция включала следующие основные элементы:

1. Статор (неподвижная часть): Два подковообразных электромагнита, установленных на деревянном основании. Обмотки электромагнитов были соединены последовательно.
2. Ротор (вращающаяся часть): Два электромагнита, закреплённых на валу под углом 90 градусов друг к другу. Сердечники были изготовлены из мягкого железа.
3. Коллектор: Медный барабан с четырьмя ламелями, изолированными друг от друга. К ламелям подключались выводы обмоток ротора.
4. Щёточный узел: Два пружинящих медных контакта, которые скользили по ламелям коллектора, переключая направление тока в обмотках ротора при каждом полуобороте.

Принцип работы основывался на попеременном притяжении и отталкивании полюсов электромагнитов ротора и статора, что создавало вращающий момент. Скорость вращения регулировалась изменением напряжения на батарее или количеством витков обмотки.

Значение и критика

Изобретение Томаса Дэвенпорта стало важным шагом в истории электротехники. Он впервые продемонстрировал пригодность электродвигателя для выполнения практической работы — привода станков. Его патент заложил основы для конструкции коллекторных машин постоянного тока, которые впоследствии были усовершенствованы такими изобретателями, как Антонио Пачинотти, Зеноб Грамм и Вернер фон Сименс.

В то же время, двигатель Дэвенпорта имел существенные недостатки:

• Низкий КПД (менее 5%).
• Быстрый перегрев обмоток из-за отсутствия системы охлаждения.
• Искрение на коллекторе, вызывавшее эрозию контактов.
• Зависимость от дорогих и недолговечных химических источников тока.

Современники не смогли оценить потенциал изобретения, поскольку отсутствовала инфраструктура для его массового применения — не было электрических сетей и дешёвых генераторов. Тем не менее, Дэвенпорт считается одним из отцов-основателей электропривода.

Интересные факты

• Имя Томаса Дэвенпорта носит одна из улиц в городе Брандон, Вермонт.
• В 1929 году, к 100-летию со дня рождения изобретателя, в США была выпущена почтовая марка с изображением его электродвигателя.
• Оригинальный патент № 132, выданный Дэвенпорту, сгорел во время пожара в Патентном ведомстве США в 1836 году, но его копия была восстановлена по черновикам изобретателя.
• Дэвенпорт самостоятельно изготовил все детали своего двигателя, включая медную проволоку, которую он вытягивал вручную через волочильную доску.

Источники

• The National Cyclopaedia of American Biography. Vol. 13. James T. White & Company, 1906.
• Davenport, Thomas. Improvement in machines propelled by electro-magnetism. US Patent No. 132, 1837.
• Franklin Institute. Journal of the Franklin Institute. Vol. 25. Philadelphia, 1838.
• Michalowicz, Joseph C. The Origin of the Electric Motor. Electrical Engineering, Vol. 67, No. 11, 1948.
• Woodbury, David O. A Measure for Greatness: A Short Biography of Edward Weston. McGraw-Hill, 1949.