电机制造业的先驱：感应马达发明者—尼古拉·特斯拉

尼古拉·特斯拉（塞尔维亚语：Никола Тесла / Nikola Tesla，1856年-1943年），奥地利帝国-克罗埃西亚自治王国的塞尔维亚裔美籍发明家、物理学家、机械工程师、电机工程师、化学家和未来学家。被认为是电力商业化的重要推动者，因设计了现代交流电力系统而广为人知。在迈克尔·法拉第发现的电磁场的基础上，特斯拉在电磁场领域有多项革命性的发明。在赢得著名的19世紀80年代的“电流战争”及在1894年成功进行短波无线通信实验之后，特斯拉被认为是当时最伟大的电机工程师之一，他的许多发现被认为是具有开创性的，是电机工程学的先驱。

由格拉姆式马达而产生的设想

特斯拉在格拉茨的学校看到的发电机或者说马达的构造如下图所示，定子是马蹄形的电磁铁，转子是圆环形。当马达转动时，电流通过电刷流向转子，电机工作时，圆环形转子的线圈与电刷接触从而产生耀眼的火花，这种机械式的电流切换器始终伴随着火花的产生。当时，最权威的科学家曾考虑过要发明没有机械接触的直流马达，这种想法被认为是永久不能实现的，现在也有很多发明家非常执着的在考虑这个事情。

特斯拉当初想到的是利用交流电，特斯拉在布达佩斯时脑海里闪过的电磁铁和转子的构造如下图所示。用来产生旋转力的装置叫做磁场，直流马达只存在一个磁场，横向磁场下以外，还存在纵向的一个磁场。

横向电流呈余弦变化，纵向电流为正弦变化的电流，穿过圆柱形转子的磁场就变为旋转磁场，在2组相互垂直的电磁铁A，B的线圈中分别通入cos和sin交流电，马达中央区域便产生旋转磁场。如果在此放置导体或短路线圈，导体或短路线圈就会因电磁感应而转动。

这就是不用转动电磁铁，却可以得到旋转磁场的原理，当移动磁铁时，铜等金属受磁铁的作用力而移动，如果在转子上缠上线圈，根据法拉第原理转子线圈会产生电流等现象在当时已经众所周知。因此，特斯拉认为如果可以产生旋转磁场，那么就可以发明新的马达。这个发现是在特斯拉去美国以后，没过多久，更深层次的研究便在世界各地开始，可以想像从那时起，人们开始制造出如下图所看到的分布绕法的定子和鼠笼型转子。

特斯拉与爱迪生

在1882年特斯拉去了法国巴黎，在爱迪生公司做一名工程师，设计改进电器，同年，特斯拉发明了感应马达并开始开发各种用到旋转磁场的设备（于1888年取得了专利）。1884年，特斯拉第一次踏上美国国土，来到了纽约。爱迪生雇用了特斯拉，安排他在爱迪生机械公司工作，特斯拉开始为爱迪生进行简单的电器设计。他进步很快，不久以后就能解决公司一些非常难的问题，特斯拉完全负责了爱迪生公司直流电机的重新设计。

1919年，爱迪生写道：“如果他完成马达和发电机的改进工作，爱迪生將提供给他惊人的5万美元（如计入通货膨胀，相当于今天（2019年）的一千万美元”。特斯拉的工作持续了将近一年，几乎将整个发电机重新设计了，使爱迪生公司从中获得巨大的利润和新的专利所有权。当特斯拉向爱迪生索取5万美元时，爱迪生回答他：“特斯拉，你不懂我们美国人的幽默”，就此违背了自己的诺言。这笔奖金的金额相当于公司创始资本，而以特斯拉当时每周18美元的薪水，他需要工作53年才能赚到。当特斯拉要求加薪至每周25美元遭到拒绝后辞职。特斯拉最后发现自己在爱迪生的公司仅仅是出卖体力，但在这段时间里，他开始关注于交流电系统的设计。

结论

由于想法的不同，他不仅与爱迪生决裂，而且决定与其展开竞争，与爱迪生的直流送电主义不同，特斯拉从理论上认识到交流的优势，变压器此时也已出现。特斯拉制作出具备实用性的感应马达的时间恰是交流输电业务刚刚开始之时（可能是1887年），在1893年芝加哥的世界博览会上向人们展示了大型马达。美国公司在研发阶段使用133Hz的交流电，但由于马达速度过快，而降到了60Hz，这就是今天美国和全世界使用60Hz的起源。