本篇 非原創(chuàng)！非原創(chuàng)！非原創(chuàng)！重要的事情說3遍。

本公眾號意在分享自己工作心得，生活感悟，時(shí)事評論，獨(dú)立第三方

本公眾號，自建號以來，一直秉承 從入門到棄坑 的理念，全方位記錄一位機(jī)械系畢業(yè)的人，工作，生活，心情，記錄行業(yè)的 從入門到棄坑的全過程。歡迎各位朋友留言，關(guān)注，吐槽。

后臺有網(wǎng)友問我：“Jack，經(jīng)?？吹侥惴窒黼姍C(jī)相關(guān)的知識，你能介紹一下電機(jī)的發(fā)展史么？”

“Rose，謝謝你的關(guān)注。電機(jī)的發(fā)展史我也不懂，中學(xué)時(shí)候，學(xué)過特斯拉發(fā)明交流電，愛迪生發(fā)明直流電，麥克斯韋發(fā)現(xiàn)電磁場，等一些基礎(chǔ)的電氣理論常識，我特地在網(wǎng)絡(luò)上找到了尼得科的見城尚志先生的專欄，一起跟隨他學(xué)習(xí)電機(jī)的歷史。如果覺得Jack的文章對你有所幫助，請你記得分享給朋友共同提高?！?/strong>

以下內(nèi)容共分有6講，分別是：

第一講
尼古拉?特斯拉：受落日夕陽的啟發(fā)、發(fā)明交流電機(jī)

第二講
斯泰因梅茨：20世紀(jì)20年代構(gòu)想IT用電

第三講
隱藏在相對論中的電機(jī)的奧秘

第四講
磁場的能量流與電機(jī)及發(fā)電機(jī)的奧秘

第五講
距離機(jī)器人仿人手動作又近了一步 超聲波電機(jī)

第六講
電子元件的進(jìn)步與電機(jī)技術(shù)的發(fā)展

以下內(nèi)容摘抄自 尼得科 Nidec 官網(wǎng)

本文為第一講

　　在筆者的早期著作中，一部題為?電機(jī)ABC?(講談社)的著作幾乎已成為絕版。在該書的前言中作者描述了自己在瑪麗皇后號油輪的二等艙開始寫這本書的一些感受。這艘81000噸級、可搭乘2000人的豪華客船從南安普敦開往紐約，首航時(shí)間是1936年。此外，書中還記載了在英國首相邱吉爾曾用過的頭等套房與某學(xué)會舉辦人暢談的事。二等船艙也比較寬敞，房間很舒適。

　　這是1987年的事，已經(jīng)過去25年了，瑪麗皇后號也已退役，成為長灘港的一家旅館。在講談社BLUE BACKS的編輯會議上，記得當(dāng)時(shí)大部分人都對電機(jī)書籍，尤其是小型電機(jī)書籍能夠暢銷持有否定的態(tài)度。但結(jié)果該書印刷了20版，賣出了近6萬冊?，F(xiàn)在，日本的小型電機(jī)技術(shù)也已有了長足發(fā)展。

　　繼『電機(jī)ABC』之后，筆者又編寫了從A 到 Z系列的『全面了解小型電機(jī)』(技術(shù)評論社)。最初于2001年出版。

　　筆者曾撰寫了多部分析電機(jī)特定問題的學(xué)術(shù)論文，但人們所熟知的還是專業(yè)書及上述的啟蒙讀本。編寫這些著作時(shí)，經(jīng)常會考慮電機(jī)的發(fā)展歷史，當(dāng)然這也是很費(fèi)時(shí)間的一件事。

　　講述歷史時(shí)，普遍的做法是描述什么原理的電機(jī)是在哪里制作的，這一類自成一體的外圍故事。但筆者卻喜歡從稍微不同的觀點(diǎn)去解讀歷史。首先可以講的是如果發(fā)明了新電機(jī)，則說明該國的工業(yè)和科學(xué)已取得了進(jìn)展。

　　1765年英國的瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)。它引發(fā)了工業(yè)革命，這是每個人都知道的事實(shí)。以此為契機(jī)，法國的卡諾(1824)及英國的開爾文(1851)發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)的重要法則。使用煤作為能源，橫跨大西洋的豪華客輪的出現(xiàn)也是熱力學(xué)的成果。

　　(利用電氣的電機(jī)始于1831年法拉第在倫敦發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)之后不久，對此我還想詳細(xì)介紹。)

　　縱觀近年來的情況，上世紀(jì)八十年代日本有3件事值得大書特書。一是指田年生(Toshiiku Sashida)先生發(fā)明的行波型超聲波電機(jī)。

　　二是磁記錄方式的硬盤得以發(fā)展，使得旋轉(zhuǎn)磁盤的電機(jī)和操作激光頭的電機(jī)技術(shù)在日本獲得了發(fā)展。

　　三是電機(jī)控制方法中的矢量控制，提出這一原理的是位年輕的德國人，但依靠工業(yè)界的協(xié)作將其產(chǎn)業(yè)化的是日本企業(yè)。

　　物體運(yùn)動體現(xiàn)了人類活動、經(jīng)濟(jì)活動的活躍情況。研究并提升這種技術(shù)是工業(yè)界的職責(zé)。1987年我在編寫“電機(jī)ABC”時(shí)，對當(dāng)時(shí)大學(xué)在電機(jī)等實(shí)用科技領(lǐng)域方面的教育落后頗感無奈。但今天的想法已有不同。我認(rèn)為大學(xué)應(yīng)針對學(xué)生今后人生中比較難以學(xué)到的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識，訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行更深入的思考。但在過去的30年間，日本大學(xué)的教學(xué)時(shí)間變短，講義質(zhì)量也在下降。因此，對于志向高遠(yuǎn)的年輕人來講，努力克服這種環(huán)境中的負(fù)面因素是非常重要的。進(jìn)入企業(yè)后，用心不懈努力的態(tài)度至關(guān)重要。不僅要掌握接近實(shí)用的基礎(chǔ)知識，也包括進(jìn)一步深入的理論內(nèi)容。如此就能通過在大學(xué)階段培養(yǎng)的思維方式將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)造性的成果。

　　尼古拉?特斯拉的過人之處

　　前幾天，在上班途中的電車上與尼得科(NIDEC)從創(chuàng)業(yè)之時(shí)就開始負(fù)責(zé)經(jīng)營活動的服部(Hattori)執(zhí)行董事進(jìn)行了交談。他認(rèn)為在電機(jī)的開發(fā)歷史中最優(yōu)秀的發(fā)明家應(yīng)該是特斯拉。真的是這樣。

　　借此機(jī)會我想簡單談一談特斯拉的事情。

　　我閱讀的特斯拉自傳還是原東大教授山村昌(Sakae Yamamura)先生寄給學(xué)士會會報(bào)的稿子。山村先生被稱為代表日本的電機(jī)先生。先生的著作由英國出版社出版時(shí)，他曾邀請幾位友人舉辦了一場日本料理的宴會。當(dāng)時(shí)，先生對我說“見城，我可不像你那樣寫什么教科書”。

　　先生的書是面向?qū)I(yè)人士的，因此與特斯拉的旋轉(zhuǎn)磁場理論相關(guān)，并不好懂，但其中的特斯拉傳卻非常有趣。從特斯拉自傳的字里行間，能感受到一種成為發(fā)明家的狂妄和緊迫感。專欄是大幅縮寫后的特斯拉自傳。

　　據(jù)說特斯拉曾暗記過很多書。比較有意思的是，特斯拉在布達(dá)佩斯的公園散步時(shí)，正在吟唱歌德的浮士德，突然像天示那樣得到了感應(yīng)電機(jī)的想法。這種情景不難想像。

　　由格拉姆式電機(jī)而產(chǎn)生的設(shè)想

　　特斯拉在格拉茨的學(xué)?？吹降陌l(fā)電機(jī)或者說電機(jī)的構(gòu)造如圖1所示。定子是馬蹄形的電磁鐵，轉(zhuǎn)子是圓環(huán)形。電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電流通過電刷流向轉(zhuǎn)子。電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，圓環(huán)形轉(zhuǎn)子的線圈與電刷接觸從而產(chǎn)生耀眼的火花。這種機(jī)械式的電流切換器始終伴隨著火花的產(chǎn)生。當(dāng)時(shí)，最權(quán)威的科學(xué)家曾考慮過要發(fā)明沒有機(jī)械接觸的直流電機(jī)。可是，這種想法被認(rèn)為是永久不能實(shí)現(xiàn)的。即使是現(xiàn)在也有很多發(fā)明家非常執(zhí)著的在考慮這個事情。

　　圖1用環(huán)形電樞的格拉姆式電機(jī)

　　特斯拉當(dāng)初想到的是利用交流電。但這不是一個易事。特斯拉在布達(dá)佩斯時(shí)腦海里閃過的電磁鐵和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造如圖2所示。用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力的必要裝置叫做磁場，直流電機(jī)只存在一個磁場。但是，在圖2 中，橫向磁場以外，還存在縱向的一個磁場。另外，圖3 中，橫向電流呈余弦變化，縱向電流為正弦變化的電流。于是，穿過圓柱形轉(zhuǎn)子的磁場就變?yōu)樾D(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子中的磁場像夕陽重疊的景象在筆者的腦海里微波蕩漾。

　　圖2 特斯拉設(shè)想的二相交流電機(jī)的原理

　　圖3 在2組相互垂直的電磁鐵A，B的線圈中分別通入cos和sin交流電，電機(jī)的中央?yún)^(qū)域便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。如果在此放置導(dǎo)體或短路線圈，導(dǎo)體或短路線圈就會因電磁感應(yīng)而轉(zhuǎn)動。

　　這就是不用轉(zhuǎn)動電磁鐵，卻可以得到旋轉(zhuǎn)磁場的原理。當(dāng)移動磁鐵時(shí)，銅等金屬受磁鐵的作用力而移動，如果在轉(zhuǎn)子上纏上線圈，根據(jù)法拉第原理轉(zhuǎn)子線圈會產(chǎn)生電流等現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)已經(jīng)眾所周知。因此，特斯拉認(rèn)為如果可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，那么就可以發(fā)明新的電機(jī)。

　　這個發(fā)明的實(shí)施是在特斯拉去美國以后。沒過多久，更深層次的研究便在世界各地開始，可以想像從那時(shí)起，人們開始制造出如圖4 所看到的分布繞法的定子和鼠籠型轉(zhuǎn)子。

　　圖4 這是典型的小型3相交流線圈(分布繞線)的定子和鼠籠型 轉(zhuǎn)子。現(xiàn)在繞線一般由機(jī)器完成，像圖中繞線一端如此短的情況 是非常少見的。

　　挑戰(zhàn)新的設(shè)想

　　我在布達(dá)佩斯短期旅游過，曾造訪作曲家李斯特住過的公寓，當(dāng)時(shí)曾懷疑，那個讓特斯拉像鲇魚一樣被噪音困擾的公寓，那個他在多瑙河邊散步的公園，那個他獲得神賜的地方，就是在這里嗎?我即使身處在這么神奇的地方，也覺得自己還是一個凡人罷了。

　　在大學(xué)三年級的講義中，我曾學(xué)習(xí)過在2組線圈上通交流電后會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原理。當(dāng)時(shí)心里就佩服想出這個原理的人。但是，這個原理雖簡單易懂地寫在教科書上，卻是在特斯拉的發(fā)明之后。山村老師說的「我不寫教科書」的真意是否與此有關(guān)呢?

　　短時(shí)間內(nèi)去理解別人所考慮的事情和忍受痛苦去發(fā)明的不同之處或許不是一件容易體會的事情。

　　圖2 的設(shè)想是筆者在布達(dá)佩斯的旅行之后。為了寫關(guān)于直流電機(jī)的書，筆者不僅查閱以前的資料，而且進(jìn)行大量的試制和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還與專家討論，這些準(zhǔn)備工作花費(fèi)了近5年的時(shí)間。而且，3年后，開始制作面向有志成為專家的初學(xué)者的研修資料(教材中無記載)，從直流電機(jī)和交流電機(jī)構(gòu)造角度考慮，最終認(rèn)定了特斯拉的設(shè)想。最初閱讀特斯拉的自傳時(shí)，由于讀的快而忽略了考察。最近，重新翻出這本書[1]，仔細(xì)確認(rèn)每一張圖，確認(rèn)特斯拉在布達(dá)佩斯得到的構(gòu)造就是圖2 。日本現(xiàn)在最急需的人才，并不是成績優(yōu)異的學(xué)者，而是保持年輕人心態(tài)，不斷發(fā)掘新事物，進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的人才。

　　[1] My Inventions: The Autobiography of Nikola Tesla, http://www./

　　環(huán)形電樞向鼓形電樞的轉(zhuǎn)換

　　現(xiàn)在，直流電機(jī)電樞的形狀如圖所示，一般為鼓形。當(dāng)初由Siemens and Halske公司的Hefner-Alteneck發(fā)明, 直到1876年鼓形電樞被廣泛應(yīng)用。鼓形電樞的發(fā)明，大大的簡化了繞線作業(yè)的過程，同時(shí)，也提高了電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率。而且，也有效的抑制了火花的發(fā)生。

　　鼓形電樞模型

　　槽內(nèi)卷線式的典型電樞

　　尼古拉·特斯拉

　　(Nikola Tesla　1856-1943)

　　尼古拉·特斯拉于1856年出生于克羅地亞，父親是一名神職人員，母親是一名發(fā)明家?；蛟S因?yàn)樗哪赣H以及外祖父都是發(fā)明家，特斯拉10歲進(jìn)入實(shí)科中學(xué)學(xué)習(xí)理科時(shí)，對使用靜電的錫箔旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)很著迷，自己決定成為一名電氣技術(shù)人員，而不是父親希望的神職人員。

　　特斯拉天生非常敏感，長期受到神經(jīng)衰弱的困擾，一度在死亡線上掙扎。后來他在圖書館中看到了馬克吐溫的著作，這本書最終幫他克服了心理上的問題。

　　特斯拉進(jìn)入澳大利亞的格拉茨科技大學(xué)。二年級時(shí)，看到從巴黎送來的格拉姆的直流電機(jī)發(fā)生故障導(dǎo)致在整流子與電刷之間發(fā)出強(qiáng)烈的火花。他確信能夠發(fā)明出不產(chǎn)生火花的電機(jī)之后一直思考這個問題。他中途從波希米亞的布拉格大學(xué)退學(xué)，沒有完成人文專業(yè)的學(xué)習(xí)，前往布達(dá)佩斯后就職于匈牙利國家電信局。他的感覺非常敏銳，就像鲇魚一樣，微弱的振動也會讓他感覺很劇烈，這讓他在精神上非常痛苦。在康復(fù)后的1881年的一天下午，他在公園散步時(shí)受到夕陽的感動而吟唱了浮士德的詩歌，如同得到天示那樣，在頭腦中浮現(xiàn)出了使用二相交流的旋轉(zhuǎn)磁場電機(jī)。其原理見圖2.

　　之后，他在愛迪生的相關(guān)公司工作，住在了巴黎。1883年他在斯特拉斯堡的工廠通過試制電機(jī)確認(rèn)了交流電機(jī)的原理。1884年為了改進(jìn)愛迪生發(fā)明的發(fā)電機(jī)，他來到了美國。與沒有進(jìn)過學(xué)校，將所有時(shí)間都用于發(fā)明的愛迪生不同的是，斯特拉在歐洲各地的圖書館里博覽群書，并學(xué)習(xí)了多種語言。但是對于為了學(xué)習(xí)電機(jī)文獻(xiàn)而耽誤了電機(jī)試驗(yàn)時(shí)間的事，他有點(diǎn)后悔。

　　不久，由于想法的不同，他不僅與愛迪生決裂，而且決定與其展開競爭。與愛迪生的直流送電主義不同，特斯拉從理論上認(rèn)識到交流的優(yōu)勢，變壓器此時(shí)也已出現(xiàn)。

　　特斯拉制作出具備實(shí)用性的感應(yīng)電機(jī)的時(shí)間恰是西屋公司的交流輸電業(yè)務(wù)剛剛開始之時(shí)(可能是1887年)。在1893年芝加哥的世界博覽會上向人們展示了大型電機(jī)。

　　西屋公司在研發(fā)階段使用133Hz的交流電，但由于電機(jī)速度過快，而降到了60Hz。這也是今天美國和日本西部使用60Hz的起源。

　　在發(fā)明進(jìn)展順利時(shí)，特斯拉經(jīng)常造訪文豪馬克吐溫。在特斯拉談到少年時(shí)代被馬克吐溫的作品所拯救的事時(shí)，一直微笑的馬克吐溫突然大哭起來。(未完待續(xù))

你點(diǎn)的每個在看，每個廣告，對我都是莫大的鼓勵，支持。