电磁电梯

19 世纪末，两位发明家竞相打造当今线性电梯概念的先驱。

在 19 世纪的最后十年，两位美国工程师独立探索了使用电磁铁作为电梯供电的手段。 考虑到线性感应电机的开发背景，这些努力表明，就像设计用于垂直和水平移动的电梯一样，当代创新往往具有引人入胜的历史先例。 这些工程师单独但几乎同时进行的工作也与现代事件相似，因为一位发明家试图将为电磁列车开发的系统应用于电梯，而另一位则试图开发专为垂直运输系统设计的系统。

1893 年 1853 月，芝加哥的 Paul W. Leffler (1914-10) 创立了 Leffler Electro-Magnetic Railway Co.。前一年 1895 月，Leffler 申请了 1896 项专利中的第一项，涉及他的火车设计。电磁铁。 22 年 1896 月至 573,820 年 XNUMX 月期间，他提交了 XNUMX 项专利申请，其中 XNUMX 项在同一日期：XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日颁发。后一组包括他在此期间唯一追求的与铁路无关的专利：“电动电梯” （美国专利号 XNUMX）。 在他的介绍中，Leffler 引用了他的铁路专利，并指出：

“在这些专利中。 . . 我采用沿行驶线延伸的磁场，该磁场由一系列彼此间隔开的磁铁产生，相邻的部件具有相反的极性，以及由汽车携带的非旋转电枢就位以受到影响在所述磁场中，电枢的电磁体优选地以串联连接的组布置并且相对于彼此定位，并且磁场磁体的吸引力和排斥力协作以在共同方向上推动汽车。 为了控制和保持磁场和电枢磁铁之间适当的磁性关系，我也采用了。 . . 最好在电枢磁铁的电路连接中应用自动换极机构。 在我的本发明中，我将上述组合与某些附加功能一起组织到电梯中。”^[1]

莱夫勒将他的铁路设计“组织成电梯”通过他的专利的 10 页图纸（包含 27 个数字）和六页半的文字来表达。 他的详细介绍允许彻底检查他的电磁电梯。

对他的设计的分析表明，他试图生产尽可能规范的电梯。 莱夫勒表示，“电梯轿厢的外观可能是普通的笼状形式。”^[1] 他认识到，汽车设计中最重要的方面是平台、横梁、横梁和安全板，将这些部件分别称为底板、顶轭、垂直杆和底轭。 他表示，这辆车将“以通常的方式悬挂和平衡”（图 1）。^[1] 他的专利文本暗示配重等于轿厢的重量，这有点不寻常，因为到 1890 年代，大多数电梯使用过平衡系统，配重等于轿厢的重量加上典型负载的二分之一。

他设计的另一个不同寻常的方面是车内同时存在一个手柄控制器和托运绳。 通常，只使用一种控制系统。

莱夫勒电磁系统的主要部件嵌入在导轨和轿厢门楣中。 导轨采用 U 形金属通道来容纳“一系列突出的极片，其上缠绕有磁性线圈”。^[1] 极片被黄铜导杆覆盖，作为汽车的文字导轨（图 2）。 U 形通道的两侧装有木条，为电梯的安全装置提供了一个抓握面。 导轨极片的对应物被安置在轿厢门楣中（图 3）。 竖框还具有两对“法兰导向或保持滚轮”。 . . 由滑动轭头柱塞承载”，该柱塞配有弹簧以将滚轮“紧紧地靠在导杆上，并将汽车弹簧垫在场地之间的中心位置”。^[1] 第三个关键部件换向器位于十字头的顶部。 因为它的运行与轿厢的速度直接相关，所以换向器的动作是通过“绳索越过固定在换向器轴后端的滑轮，然后越过后部承载的导轮的方式来控制的。汽车的上边缘，两端拉紧并固定在建筑物或其他固定支架上，一端在上面，另一端在汽车行驶的极限之下。”^[1] 换向器的操作与当代超速安全装置的操作非常相似； 因此，他的设计代表了现有电梯技术对新用途的有趣改编。

Leffler 的安全装置，他称之为“安全离合器”，位于汽车下方。 安全装置包括“两个横向平行的岩石轴或杆，安装在轴承中。 . . 并在它们的末端提供抓握凸轮或偏心摩擦块，当松开时，它们与导轨的“木质饰面”接合（图 4）。^[1] 凸轮通过保持安全弹簧压缩的电触点远离木制饰面。 如果汽车断电，安全装置会自动启动。 因此，Leffler 的安全只有在断电的情况下才能运行。 它不会阻止汽车超速。 这种明显的疏忽很可能是因为他相信他的电磁设计允许对汽车进行如此精确的控制，使其不会超速。 他还依靠这个系统在汽车停在着陆点时将汽车固定到位。 换句话说，这辆车没有配备刹车。 根据莱夫勒的说法，当控制杆处于“停止”位置时，“（磁场之间的）吸引力和排斥力会相互抵消，并且不会使汽车向任一方向移动。”^[1] 对该电梯的详细操作进行全面探索超出了本文的范围。 但是，感兴趣的读者可以通过检查 Leffler 的专利来更全面地探索这个系统（请参阅本月的在线附加内容）。

莱弗勒以行业外人士的身份进行设计，力图将水平系统应用于垂直运输，而他的竞争对手则与电梯行业有直接联系。H. 罗素·史密斯（生于 1864 年）于 1888 年毕业于史蒂文斯学院，获得机械工程学士学位。他出生于芝加哥，毕业后回到家乡，接受了铺路承包商 JB Smith & Co 的职位。1890 年，他加入 Hale 电梯公司，担任建筑助理主管，从此开启了他的电梯职业生涯。1894 年，他离开 Hale 电梯公司，加入 Winslow Brothers 电梯公司，担任首席工程师。他于 1897 年离开温斯洛兄弟公司，在莫尔斯威廉姆斯公司和伯德特-朗特里制造公司短暂工作后，于 1900 年加入奥的斯芝加哥办事处。1894 年至 1898 年间，他获得了五项电梯专利，其中一项涉及电磁电梯设计：“电动电梯”，美国专利号 549,542（6 年 1896 月 XNUMX 日）。

与莱夫勒的专利相比，史密斯的专利拥有三幅图像和四页文本，提供了一项有趣的研究。 后者的详细效果图具有史密斯的简单线条图（图 5）中明显缺失的视觉力量。 然而，对史密斯设计的检查揭示了一个实用的方案，该方案基于将电磁驱动器应用于标准电梯类型。 史密斯的电梯也是两篇插图文章的主题。 第一个，“史密斯的电磁电梯”，发表于 19 年 1896 月 XNUMX 日， 西部电工，第二个“Ascenseur Electro-Magnétique”出现在 10 年 1897 月 XNUMX 日的 L'Électricien. 后者是首次向欧洲观众展示电磁驱动系统之一。 （这些文章和 Smith 的专利也作为 Online Extras 收录。）

两篇文章都指出，电梯的设计开发阶段发生在 Winslow Brothers 的芝加哥工厂。 工作开始于 1895 年末或 1896 年初。（史密斯的专利申请于 1896 年 XNUMX 月提交。）与莱夫勒的方案不同，在莱夫勒的方案中，整个轴都是驱动系统的一部分，史密斯设计了一个电磁马达，通过一个典型的轴为汽车提供动力. 他的设计被比作立式液压电梯，电磁马达的“核心部分”“对应活塞”，核心部分运行的空心部分“对应液压电梯的气缸” .^[2]

专利图还描绘了一个倍增滑轮，这是液压机中的一个特征。 与莱夫勒一样，史密斯设计了一种依靠电线圈和柱塞磁铁的制动器，当制动器的电流被切断时，制动器就会工作。 然而，史密斯的制动器（未在他的专利中说明）是由汽车控制杆控制的，当汽车控制杆移动到停止位置时，就会启动制动器。 该设计还被描述为能够“完全配备 Winslow Brothers 制造的所有液压电梯的轿厢上使用的改进安全装置”，其中包括“位于轿厢舱口的简单装置 [自动将] 轿厢带入如果操作员没有停下来，将在行程的顶部和底部停止。”^[2]

此 西部电工 文章（其中部分内容可能由 Smith 撰写）总结了他的设计优势如下：

从建筑师或业主的角度来看，电磁电梯具有以下几个优点：它无需像液压电梯那样占用泵、水箱、管道和阀门的空间，也无需像大多数电动电梯那样占用电机、卷筒或螺杆的空间；如果采用2:1的齿轮传动，并将铁芯悬挂在电梯的横梁上，那么除了轿厢本身所需的空间外，它几乎不占用任何空间……由于其独特的…… 结构上，磁电机的尺寸和形状使其在其行进的楼层中占据的空间大约等于垂直液压缸液压电梯的缸体。”^[2]

虽然这些声明中表达的信心与典型的广告夸张（以及莱夫勒在其专利中的主张）相呼应，但与竞争对手相比，史密斯和温斯洛兄弟拥有明显的优势。 1896 年文章的推动力是在温斯洛兄弟的工厂中成功构建了一个功能齐全的原型（图 6 和 7）。 不幸的是，显示轿厢平台、“竖井”和电机的照片并未显示电梯的运行高度。

Leffler 的富有想象力的努力和 Smith 的实际努力——在他的原型机中成为现实——代表了人们对电磁铁适应电梯驱动系统的强烈兴趣。 不幸的是，超越概念和工作模型的挑战被证明难以克服，因此放弃了对电磁电梯的追求。 尽管如此，虽然这些早期的努力很快就被历史遗忘了，但它们在这里的恢复和展示还是一个有用的提醒，即现代创新的先例经常存在，而且过去的存在就在我们身边——如果我们知道去哪里看的话。

案例
[1] 保罗·W·莱夫勒。 “电动电梯”，美国专利号 573,820（22 年 1896 月 XNUMX 日）。
[2] “史密斯的电磁电梯”，西部电工（19 年 1896 月 XNUMX 日）。