制作多相电动机
一旦用哥伦布蛋说服了佩克和布朗，特斯拉就继续开发采用旋转磁场的电动机。在西盖蒂的帮助下，他打造了两个基本的交流电动机，并且将之用于1887—1888年间几乎所有的实验中。第一个是哥伦布蛋装置的详细化版本，包含一个大的叠片环（定子）及在其中央旋转的一个铁盘（转子）（图4.5）。42 在第二个电动机中，特斯拉也用到了叠片环，不过这次他把四个线圈置于环内的凸起物上（图4.6）。在第二个电动机中，特斯拉尝试了几个不同的转子，包括圆盘和鼓形绕组转子。43 他发现这两种方式设计的电动机都能工作，并且当他反转电的连接时，电动机能瞬间改变方向。特斯拉对这些电动机非常满意，因为它们“和我想象的完全一样。我没有试图改善设计，而只是复制了出现在我视野中的图像，并且电动机的运作也总像我期望的那样”。44
42 对这个电动机的具体描述可参见特斯拉的两份美国专利：“Electric Magnetic Motor,” U.S. Patent 381,968 (filed 12 October 1887, granted 1 May 1888) and 382,279 (filed 30 November 1887, granted 1 May 1888). 也可参见：NT, Motor Testimony, 215.
43 NT, Motor Testimony, 155, 159–160, 215, 218; NT, U.S. Patent 511,560, “Electrical Transmission of Power” (filed 8 December 1888, granted 2 January 1894).
44 NT, My Inventions , 72.
左边是电动机而右边是发电机。发电机产生两个独立的交流电，如图中转子轴上四个滑环所示。电动机包含环形线圈形式的定子，以及位于环形线圈中央的长方形钢转子。定子有四个独立的线圈并被成对地连接到发电机上。当发电机产生的两个电流的相位差为90度时，就能在定子中产生旋转磁场。这个场进而导致转子在枢轴上旋转。
图片来源：TCM, The Inventions, Researches, and Writings of Nikola Tesla , 2nd ed. (1894; reprinted 1995), Fig. 9 on p. 16.
图片来源：National Museum of American History.
因为这些电动机使用了两个或以上彼此异相的交流电，所以特斯拉称之为多相电动机。特斯拉不是那时在交流电动机上唯一的发明者，不过他的多相电动机明显不同于伊莱休·汤姆孙和其他对手的。首先，特斯拉专心找出了用转子中感应出的涡电流而不是用向转子提供电流的方法使它转动，因而他的电动机很简单。其次，他的电动机开发是围绕着一种不算明显的自然现象，即旋转磁场。第三，特斯拉愿意使用几个交流电来创建旋转磁场，这在他同时代的人当中是绝无仅有的。
到1887年底，佩克和布朗认识到特斯拉发明的是一个非同寻常的新的交流电动机，并敦促他把这些想法申请专利。佩克让特斯拉去邓肯–柯蒂斯–佩奇律师事务所咨询。佩克对这家事务所评价很高，并向特斯拉保证该事务所能为他的发明获得有力的专利。在邓肯–柯蒂斯–佩奇律师事务所，一个合伙人帕克·W. 佩奇（Parker W. Page, 1862—1937）受理了特斯拉的专利工作。在哈佛大学受过教育的佩奇可能对特斯拉的电动机特别感兴趣，因为他的父亲查尔斯·格拉夫顿·佩奇（Charles Grafton Page）在19世纪四五十年代曾在电动机方面工作过，其中甚至包括一整台电池动力机车。而且，专利对佩奇家族来说是非常重要的。查尔斯·格拉夫顿·佩奇晚年从国会获得了一项特殊专利，涵盖了感应线圈的一般形式，而在他死后，他的遗孀普丽西拉说服西部联合以25 000美元另加由被许可人支付的专利使用费购买了这项专利权。一边是父亲曾在电动机方面工作过，一边是母亲曾成功地把超级专利卖给西部联合，帕克·佩奇无疑是代理特斯拉电动机专利的理想律师。45
45 Robert C. Post, Physics, Patents and Politics: A Biography of Charles Grafton Page (New York: Science History Publications, 1976); Israel, From Machine Shop to Industrial Laboratory , 135–136; Parker Page's obituary, New York Times , 23 January 1937, 18:4; NT, Motor Testimony, 213.
邓肯–柯蒂斯–佩奇律师事务所的办公室位于百老汇120号，跟佩克的办公室在同一栋建筑物中，也就是在自由街特斯拉实验室的拐角。特斯拉定期拜访佩奇的办公室并把自己想法的草图和技术描述带给佩奇。特斯拉精心准备着技术报告形式的书面描述，这不只是因为律师的咨询建议，也是因为他希望写一本题为《1001个交流电动机的历史》的书。据佩奇说，特斯拉在他的描述中强调了宽泛的原则，而不是特定的电动机设计。佩奇使用特斯拉的报告和草图起草了专利申请，然后让特斯拉核对和修正。46
46 NT, Motor Testimony, 205–206, 289, 307–308, 314–315, 317.
佩奇和特斯拉一路走过来，现在他们面临着一个战略性决定：应当怎样保护发明？到目前为止，特斯拉沿用了多数发明家的惯例，在不同的专利申请中分别包含了各个组件的设计；例如，在弧光灯照明系统中，他为发电机、灯泡和调节器分别申请了专利。然而，对于多相电动机，佩奇和特斯拉断定，针对电动机各部件设计的一系列申请抓不住发明的本质。早在学生时代，特斯拉就把电动机当成系统来思考，而现在他想把发明当成一个系统向全世界披露。因此，佩奇和特斯拉选择了一个大胆的策略，在申请中宣称了一个使用多相电动机传输电力的系统。
特斯拉相信应把电动机视为一个完整的系统，因此于1887年10月12日提交了一个涵盖宽泛的专利申请。47 在这个申请中，特斯拉声称他发明的不只是一个新的交流电动机，而且是一个新的电力传输系统。预计到专利局的审查员可能不理解新电动机是如何工作的，特斯拉就旋转磁场如何使转子旋转的理论作出了解释。
47 NT, “Electric Magnetic Motor,” U.S. Patent 381,968, (filed 12 October 1887, granted 1 May 1888).
在那个秋天，特斯拉和佩奇在这个宽泛专利申请之外又向专利局追加提交了四个申请，涵盖了特斯拉的那些可回溯到布拉格学生时代的关于电动机的各种想法。48 然而，专利局认为这些申请的覆盖面太广；特别是，专利审查员不希望特斯拉在同一个专利里涉及电动机和电力传输系统。因此，1888年3月，佩奇和特斯拉被迫把其中三个申请按电动机和系统设计分成两份分别提交。结果，特斯拉最终用七个专利涵盖了他的多相想法，并且所有这些专利都公布于1888年5月1日。49
48 NT, “Electro Magnetic Motor,” U.S. Patent 381,969 (filed 30 November 1887, granted 1 May 1888); “Electro Magnetic Motor,” U.S. Patent 382,279 (filed 30 November 1887, granted 1 May 1888); “System of Electrical Distribution,” U.S. Patent 381,970 (filed 23 December 1887, granted 1 May 1888); “Regulator for Alternate Current Motors,” U.S. Patent 390,820 (filed 24 April 1888, granted 9 October 1888); and TCM, Inventions, Researches, and Writings , 45–49.
49 电力传输的独立专利包括：“Electrical Transmission of Power,” U.S. Patent 382,280 (filed 12 October 1887, granted 1 May 1888); “Electrical Transmission of Power,” U.S. Patent 382,281 (filed 30 November 1887, granted 1 May 1888); and “Method of Converting and Distributing Electric Currents,” U.S. Patent 382,282 (filed 23 December 1887, granted 1 May 1888). 除了声明对象为电力传输外，这些专利的主体与特斯拉的多相电动机专利是一样的。
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