影响世界的专利 交流发电机的发明

电能是现代人类社会不可缺少的能源。1831年，迈克尔·法拉第将一根封闭电路中的电线穿过电磁场，电线随着电流的流动而旋转。从那时起，人类了解到电和磁场之间有某种密切的联系。后来，法拉第建造了第一台发电的原型发电机。1880年，爱迪生发明了DC发电机。1882年，爱迪生电力照明公司在纽约建立了第一个发电站。电能开始用于工农业生产和日常生活。

为了保证远距离输电的效率，人们开始考虑使用电压容易变化的“交流电”。被称为交流电和无线电之父的美国机械工程师和电气工程师尼古拉·特斯拉(1856-1943)于1887年组装了世界上最早的无刷交流感应电动机。

同年，特斯拉在美国申请了他发明的电磁发电机的专利。1888年，特斯拉获得了专利US381968，题为“电磁马达”，如图5-1，5-2和5-3所示。

该专利保护由电枢(发电机的定子)、线圈磁极(发电机的转子)和发电机形成的交流发电机。定子由电枢铁芯、三相绕组、框架和端盖等组成。直流电被引入转子的线圈磁极，以产生接近正弦分布的磁场(称为转子磁场)。其有效励磁线圈与固定电枢绕组相交。当转子旋转时，转子的磁场随之旋转，磁力线每转一圈就依次切断定子的每一相绕组，从而在三相定子绕组中感应出三相交流电势，从而提供一个更安全、更可靠、更简单的发电系统。

此后，特斯拉一直专注于交流电力系统和输电技术的研究，先后申请了60多项相关专利，如图5-4所示。其中，它不仅包括交流发电装置，还包括输电系统、稳压装置、交流分流装置、交流受流装置、交流流量测试装置等。这一系列专利为交流电力系统奠定了基础，成为人类社会的宝贵财富。值得一提的是，特斯拉在1890年申请了“高频”(15000赫兹)交流发电机的专利，并获得了美国专利。如图5-5和5-6所示。

随着特斯拉在交流领域研究成果的不断展示，爱迪生和特斯拉在直流和交流方面的竞争越来越激烈。直到特斯拉发明了异步电动机，交流远距离高压传输的优势才得以展现，机器不能使用交流的问题也得以解决。1891年以后，多相交流发电机被广泛用于供电。

1895年，特斯拉开始建造举世闻名的尼亚加拉水电站。1897年，第一个100，000马力的发电站建成，成为35公里外纽约布法罗的主要能源。从那时起，10多个大大小小的发电站相继建成，每天产生的电力足以满足美国纽约州和加拿大安大略省总电力需求的1/4。到目前为止，已经完成100多年的电力传输系统仍在正常运行，并不断产生能量。这可以说是近一个世纪以来科学史上的一个伟大奇迹。这一百年的科学奇迹是天才科学家特斯拉的设计成果，其中使用了特斯拉的九项专利发明，包括他发明的交流发电机和交流传输技术。

根据目前的专利使用费标准，特斯拉的交流相关专利要求用户为他们生产的每台交流向特斯拉支付1美元的专利使用费。在强大利益的驱使下，一个财团强迫特斯拉放弃相关专利权，并打算垄断利润。经过多次谈判，特斯拉决定放弃交流电的专利权，不再向社会收取任何使用费。

早在100多年前，特斯拉就利用专利系统在交流电领域建立了自己的独立王国。尽管他因为自愿放弃了一些专利权而没有获得多少经济利益，但他仍然可以被视为当今发明家和企业经营者专利战略的先行者，为当今企业专利战略的实施提供了很好的借鉴。从技术角度来看，特斯拉拥有60多项涵盖整个交流电力系统的专利，其他人必须获得他的专利授权才能安装交流发电设备或建造发电站。从专利保护的地理范围来看，特斯拉除了在美国申请专利外，还在加拿大、英国和奥地利申请了专利。当时，发达国家都建立了自己的专利领域。如果特斯拉不放弃他的专利权，而是建立自己的商业王国，他的前景将是不可估量的。

特斯拉一生开发并获得了700多项专利，合作开发了1000多项专利，包括无线电领域的20多项专利，如美国专利。1898年奠定了无线电遥控技术基础的美国专利613809，以及1899年的х光摄影技术专利等。但特斯拉从来不关心自己的财务状况，口袋里也没有任何版税。1943年1月7日，在贫困与遗忘中，特斯拉独自在纽约酒店死于心力衰竭，享年87岁。

1960年在法国巴黎举行的国际计量会议上，电磁感应强度的单位被命名为特斯拉，或简称为“特殊”，以纪念这位伟大的发明家在电磁学领域的杰出贡献。