Голуб/лакотош

Ключ с правом передачи

Светлана Медофф

Двигатели постоянного тока, созданные запорожскими изобретателями Валентином Лакатошем и его сыном Александром, - это переворот в электротехнике. Если рассмотреть их в разрезе теории электрических машин, то перечисление их достоинств займет не одну страницу. Способ Валентина Павловича Лакатоша предлагает миру простой и дешевый способ получения электрической энергии. Со временем двигатели нового поколения заменят существующие. Вытеснят их как класс. Ускорить этот процесс - государственная задача.

Твори, выдумывай, пробуй

Одно из определений прогресса - увеличение числа возможностей. Если его принять, то становится ясно, что рано или поздно прогресс должен остановиться: наши возможности ограничиваются имеющимися в нашем распоряжении ресурсами. Значит, надо искать новые ресурсы?! Да, прогресс в наше время стремительно движется, но таки есть в технике закоулки, где пока без перемен. Например, в области энергетических систем постоянного тока. Промышленность по сей день изготавливает изобретение сто лет назад двигатели и генераторы со сложнейшими коллекторами. Движущая сила современных электродвигателей заключается во вращении рамки в переменном магнитном поле. Если проанализировать работу якоря с обмоткой, окажется, что в рабочем процессе участвуют одна или две обмотки. А остальные, если их десять или двадцать? Они балласт, так как в работе участвуют только те, что перпендикулярно пересекают магнитные силовые линии, расположенные между полюсами, и находятся под некоторым углом до полного параллельного движения к ним. Здесь коэффициент использования обмотки очень низок, но электроэнергия все равно расходуется. Что, неэкономично, правда? Давно назрел принципиально новый подход к способу преобразования электроэнергии в механическую и наоборот.

Идея создания электрических машин постоянного и переменного тока нового поколения у Валентина Павловича Лакатоша появилась еще в 50-х годах, когда он служил в армии. В учебниках физики представлены две схемы, первая из которых легла в основу изобретения Якоби. Между двумя полюсами подковообразного магнита вращается рамка, через которую пропущен электрический ток. По этой схеме работают все современные двигатели - генераторы. И никто из ученых не заинтересовался тем фактом, что в однородном, однонаправленном магнитном поле рамка (то есть якорь двигателя) будет развивать крутящее усилие только в двух точках. Размышляя над этой закономерностью, Валентин Петрович обратил внимание на вторую схему: тот же магнит, но стержень- проводник, на который подается электрический потенциал "+" и "-", выталкивается магнитным полем или втягивается в подковообразный магнит равномерно, без перепадов усилия. Этот пример взаимодействия магнитных силовых линий лег в основу двигателя постоянного тока Лакатоша.

- Первая попытка подать заявку на изобретение была в 1968 году, - рассказывает Александр Валентинович Лакатош, сын и соавтор изобретателя. - Однако машина не работала, была допущена ошибка в конструкции. Но живая неудача лучше мертвого шедевра, как сказал Бернард Шоу. В 2003 году отец все-таки нашел решение проблемы. Сейчас Валентину Павловичу 78 лет, по специальности он инженер-теплотехник, работает слесарем на заводе "Мотор Сич".

За два с лишним года группой изобретателей в составе В.П. Лакатоша, А.В. Лакатоша, С.Е. Проценко, Р.А. Лакатош и С.Н. Костенко создано 11 моделей многоконтурных двигателей постоянного тока (патенты Украины Љ5677 Л и Љ61727 А), которые могли бы найти применение в черной и цветной металлургии, авиации, в робототехнике, мини-субмаринах, горнодобывающей промышленности и электротранспорте. Идет работа над недорогим двигателем для велосипеда, рассчитанным на работу в течение 5-6 часов без подзарядки.

Давайте их проверим, давайте их сравним

- Если массово использовать наши двигатели и генераторы, экономия электроэнергии в масштабах государства будет колоссальной, - продолжает Александр Валентинович. - Освободятся энергоресурсы, которые можно направить на решение научно-технических и производственных задач. В современной технике нет генераторов постоянного тока, кроме униполярных двигателей и генераторов. Самый примитивный анализ доказывает, что у них множество недостатков. Главные беды униполярных машин со сложнейшими коллекторами в том, что они дают малое ЭДС, потребляют высокое напряжение 410 Д 630 В, и это закономерно, так как с увеличением мощности двигателя увеличивается сопротивление обмотки. Якорь сделан из металла и весит сотни килограммов. Понятно, что для его раскручивания тратится очень много электроэнергии, не говоря уже об искажениях магнитного поля и самоиндукции. Все классические машины получают импульсный крутящий момент во время перпендикулярного пересечения магнитной силовой линии. Поэтому чем больше обмоток, тем меньше пауз между пересечением и тем больше частота толкающих импульсов, которые сглаживаются инерционной массой якоря.

В двигателях Лакатоша такой эффект отсутствует, так как якорь с обмоткой постоянно перпендикулярно пересекает магнитные силовые линии. Таким образом производится мощный постоянный крутящий момент на все 360№. Коэффициент использования обмотки якоря в создании крутящего момента может быть доведен до 95%. К тому же малогабаритные двигатели имеют не более 12 обмоток, а машины большой мощности - всего 24. Статоры могут быть с двумя, четырьмя и многоконтурными полями, как с постоянными магнитами, так и с электрическими катушками возбуждения. Конструкция обладает способностью работать в форсажном режиме, это достигается не повышением напряжения, а простым переключением: мощность и обороты увеличиваются вдвое, без дополнительного питания и без вреда для якоря. Генератор индуцирует минимальный пусковой ток, а также идеальный экстремальный постоянный ток без каких-либо выпрямляющих и сглаживающих устройств. Вихревые токи отсутствуют. Коллектор состоит максимум из 24 пластин, а не из 500 и более, как в традиционных двигателях постоянного тока. Между двумя соседними пластинами напряжение ровно нулю и между ними нет перепада. При коммутации на коллекторе не возникает искрения. Двигатель может генерировать постоянный ток и на другие потребляющие объекты, используя одну и ту же обмотку якоря. Все машины очень технологичны в производстве и могут быть поставлены на конвейерную сборку. Они не требуют особых материальных затрат. Изготовление образцов электрических машин до 200 ватт обходится в 50 - 70 грн с учетом всех токарных и фрезерных робот, стоимости обмоточного провода и сборки. В зависимости от назначения якорь можно изготавливать из твердых пород дерева, эбонита, текстолита, алюминия, композиционных и порошковых материалов, ферритов, штампованной пластмассы, что существенно снижает себестоимость изделия. Способ Лакатоша позволяет создать более 350 различных конструкций двигателя, используя до 97% длины провода.

Авторами разработан модельный ряд двухконтурных двигателей, которые рассчитаны на напряжение до 100 В и ток до 4 А. Главным моментом в этих конструкциях является максимальное использование обмотки якоря. Все обмотки участвуют в создании крутящего момента на 360№, но есть задействованы мертвые зоны (лобная и тыльная часть обмотки цилиндрического якоря), которые в классических двигателях-генераторах не принимают активного участия в работе. Потребляя 1 А и 24 В, такой двигатель развивает 15700 оборотов в минуту и крутящий момент 0,500 Н/м. Все двухконтурные машины постоянного тока, как цилиндрические, так и дисковые, обладают форсажным эффектом, увеличивая крутящий момент и скорость вращения в полтора-два раза. Эти машины позволяют применять постоянные магниты, что дает значительную экономию в локальных электрических устройствах. На рис. 1 изображен двухконтурный двигатель постоянного тока, где магнитными контурами являются подковообразные магниты, возбуждаемые катушками. Между контурами - промежуток с напряженным магнитным полем, в котором передвигается проводник, постоянно пересекая перпендикулярно магнитные силовые линии, образуя прямоугольное максимальное ЭДС постоянного тока. При двух рамках или обмотках на коллекторе происходит перекоммутация, и ЭДС течет постоянно через нагрузку. В данном случае якорь внутри полый, в виде стакана из текстолита. Этот материал имеет очевидные преимущества: якорь получается гораздо легче обмотки, затрачивает 20 Вт, производя крутящий момент 0,5 Н/м. На рис. 2 показана действующая модель двухконтурного дискового двигателя постоянного тока. Такая конструкция дает возможность создавать двигатели практически любых диаметров, собирая диски в пакеты. В электромобиле или велосипедном двигателе при спуске с горы, например, ЭДС незадействованных дисков можно переслать на подзарядку аккумуляторов.

Одна из интересных разработок - двигатели постоянного тока с многоконтурным магнитным полем. На рисунке 3 представлена четырехконтурная машина постоянного тока с дисковым якорем диаметром 110 мм. При создании крутящего момента все четыре стороны рамки производят полезную работу. Эта машина вращается со скоростью 6500 об/мин. при токе 6 А, напряжении 12 В, создавая крутящий момент 4 Н/м.

- Современные классические двигатели эволюционировали более 100 лет, - рассказывает Александр Валентинович Лакатош. - Конструкторы пытались увеличить коэффициент использования обмоток якоря, но должного эффекта не добились. Так, двигатели в троллейбусах, трамваях, электровозах напряжением 680 В и больше весят несколько тонн и потребляют много энергии. Есть униполярные машины с печатными платами, где обмотка представляет собой отрезок проводника. Такие машины не оправдали себя из-за больших токовых нагрузок и малого ЭДС. Наши дисковые машины являются тяговыми, приводными и обладают интересной закономерностью: потребление энергии маленьким двигателем может быть равно потреблению энергии машиной в несколько раз большей. Для сравнения возьмем два двигателя постоянного тока. У первой диск 100 мм, обмотка - из провода сечения 0,5 мм, сопротивление обмотки 50 Ом, напряжение 10 В, ток 0,2 А, потребляемая мощность 2 Вт. Вторая (для электромобиля) имеет дисковый якорь диаметром 300, обмотку - из провода сечением 1,5 мм, сопротивление - 50 Ом, напряжение 10 В, ток 0,2 А, потребляемая мощность 2 Вт. То есть потребляемая мощность одна и та же, но крутящий момент на несколько порядков выше. Это происходит потому, что в создании крутящего момента участвуют все 12 обмоток одновременно. Если в первом случае для снижения оборотов необходимо ставить редукторы, то во втором случае обороты будут меньше, а крутящий момент может быть больше, чем у первого двигателя с редуктором.

Напрасны ваши совершенства?

Коммерциализация изобретений - проблема всеукраинская. Никто не питает иллюзий по поводу продвижения изобретения на рынок. На этом тернистом пути любому новшеству, даже самому полезному, нужны финансовые вливания, производственные мощности и маркетинговые ходы. Поначалу даже самую очевидную полезность приходится доказывать, и в первую очередь в кабинетах чиновников, которые любят посылать изобретателей от Понтия к Пилату. Не все доходят. Нобелевский лауреат Эйнштейн, например, не дошел. В свое время вместе с физиком Лео Шилардом он изобрел экологически чистый холодильник, который работал на совершенно безобидных для здоровья парах спирта. К сожалению, в связи с трудностями в получении патента это изобретение увидело свет мартобря 86 числа.

Между прочим, многие знаменитые инновации вышли не из стен профильных институтов, а из пропахших бензином гаражей и коморок. Ксерокопия, инсулин, гирокомпас, вакуумная трубка, кондиционирование воздуха, каталитическое разложение нефти, автоматическая трансмиссия, космическая ракета и реактивный двигатель... В общем, по статистике, 50% всех исключительно революционных товаров ХХ века, изменивших традиционный образ жизни людей, появились благодаря изобретателям-одиночкам, одиноким ковбоям. Государство никогда их особо не поддерживало, не хотело полюбить их черненькими. А беленькими их всякий полюбит, если работает формула "гений-изобретатель + гений-менеджер". Изобретатель-технарь не способен, как правило, провести презентацию своего детища, потому что говорит с инвестором на разных языках. Конечно, последний проходил в школе физику и химию, но из формул может вспомнить, пожалуй, Н2О, а если хорошо учился, то еще C2H5OH. Ученому-изобретателю нужен посредник-переводчик, который подготовил бы для инвестора в удобоваримой форме сухое и непонятное описание, которое выглядит, например, так: "лекарство от СПИДа, представляющее собой стабилизатор клеточного протеолиза: компонент растительного происхождения изопентенил пирофосфат, а также экспериментально подобранную композицию биосинтетической молочной кислоты и ее буферных солей, лимонной кислоты и микроэлементов, которые проявляют протекторное действие к ВИЧ инфекции". Ну как? А химик разговаривает именно таким языком и думает, что это вполне естественно и всем понятно. Однако без внятного объяснения и красивой подачи любое изобретение ждет забвение. Во многих случаях так, наверное, и происходит. Даже на родном заводе Валентин Павлович Лакатош поддержки не нашел. Сказали, мол, профиль не тот. А если на электрокару, на газонокосилку? Увы...

Нет, Валентин Павлович не считает себя непризнанным гением. Он знает, что его двигатели не имеют аналогов. Поэтому обратился в Национальную Академию наук Украины, искренне надеясь, что там его уж точно поймут. Из НАНУ ответили, что все это очень хорошо, но двигатели, работающие на постоянных магнитах, слишком малы. Стране, мол, нужны большие. Поэтому сделайте на катушках подмагничивания и пришлите документацию. Сделали, прислали. Ответа нет. Пробовали пойти и по старому народному пути к парадному подъезду: писали письма президенту Ющенко и премьеру Тимошенко. Результат был тот же: и пошли они, солнцем палимы... Сейчас идут переговоры с киевским заводом "Арсенал". Хочется верить, что у изобретения Валентина Павловича Лакатоша и его команды будет счастливая судьба. Гораздо счастливее, чем у снегоуборочной машины, которую изобрел его отец Павел Николаевич Лакатош, кстати, в соавторстве с сыном. Все мы видели эту машину на улицах: она лопатами загребает снег и по транспортерной ленте подает в кузов. Ее называют машиной Лакатоша. Когда-нибудь в Запорожье, на заводе "Мотор-Сич" у входа в цех, где сейчас работает Валентин Павлович Лакатош, будет висеть мемориальная доска с его именем... А пока ему хочется увидеть своими глазами, как его изобретение приносит пользу стране.

г. Запорожье