Никола Тесла. Изобретатель будущего

Карлсон Бернард

В ходе своего сотрудничества Пейдж и Тесла столкнулись со стратегическим вопросом: как он сможет защитить свои изобретения? До сих пор Тесла шел по пути большинства изобретателей и подавал патентные заявки на конструкцию отдельных компонентов; например, для системы дугового освещения он подал отдельные заявки на динамо, лампу и регулятор. Однако в случае с его многофазным двигателем Пейдж и Тесла решили, что серия заявок на отдельные конструкции двигателя не отразит сущность изобретения. Со студенческих времен Тесла думал о своем двигателе как о системе, и теперь он хотел представить миру свое изобретение именно как систему. Поэтому Пейдж и Тесла выбрали смелую стратегию регистрации заявления, подав заявку на систему передачи энергии с использованием многофазных двигателей.

Убежденный, что его двигатель должен рассматриваться как полнокомплектная система, Тесла зарегистрировал комплексную заявку на патент 12 октября 1887 года {230} . По этой заявке Тесла претендовал не только на изобретение нового электродвигателя переменного тока, но также и новой системы передачи электроэнергии. Подозревая, что эксперты в Патентном бюро не поймут принцип

работы его нового двигателя, Тесла объяснил свою теорию относительно того, как вращающееся магнитное поле вызывало вращение ротора.

230

NT, «Electric Magnetic Motor», U. S. Patent 381,968, (filed 12 October 1887, granted 1 May 1888).

Осенью Тесла и Пейдж подали в Патентное бюро еще четыре документа на различные разработки для двигателей, относящиеся ко времени его обучения в Праге {231} . Однако все эти заявки были расценены Патентным бюро как слишком общие; в частности, патентные эксперты были против того, чтобы Тесла заявлял двигатель и систему передачи энергии в одном патенте. В связи с этим в марте 1888 года Пейджу и Тесле пришлось разделить на части три своих заявки и отдельно подать документы на двигатель и на конструкцию системы. В результате Тесла получил семь патентов, охватывающих его идеи о многофазных токах, и все были выпущены 1 мая 1888 года {232} .

231

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.

232

Патенты Теслы на передачу энергии: «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). За исключением того, что в них заявлена передача энергии, эти патенты дублируют патенты на многофазный двигатель Теслы.

Более практичное изобретение Теслы: двигатели с расщепленной фазой

Тесла был довольно горд своим многофазным двигателем и идеями для передачи энергии – он потратил много сил на получение этих патентов. Он был увлечен разработкой полнокомплектных систем передачи электроэнергии, в которых двигатель и генератор были бы тщательно подобраны друг к другу. Тесла был уверен, что, разрабатывая полные системы, он сможет производить наиболее эффективные двигатели и генераторы в том смысле, что для их веса они имели бы самую большую производительность {233} .

233

NT, Motor Testimony, 160.

Но Браун, технически подкованный покровитель Теслы, не был полностью уверен в том, что системный подход был наилучшим способом для развития двигателей переменного тока. Браун был обеспокоен тем, что многофазные схемы Теслы задействовали четыре или даже шесть проводов между генератором и двигателем. Действительно, установки дугового освещения Браша в конце 1870-х годов использовали четыре и более проводов, чтобы соединить лампы и динамо, но, учитывая высокую стоимость медных проводов, инженеры-электрики переключились в конце 1880-х годов на двух- и трехпроводные схемы электрического освещения {234} . Многофазная система Теслы просто не соответствовала двухпроводным системам переменного тока, которые строили и эксплуатировали компании Westinghouse и Thomson-Houston в то время. Поскольку многофазные двигатели Теслы задействовали четыре или шесть проводов, их было невозможно подключить к существующей электрической системе. Для эксплуатации многофазной системы Теслы требовалось переоборудовать центральные электростанции и установить специальный генератор и заменить систему электропроводки. Поэтому несмотря на то, что Тесла считал свою многофазную систему идеальной, по мнению Брауна, она имела ограниченный коммерческий потенциал {235} .

234

Carlson, Innovation as a Social Process, 87–88.

235

NT, Motor Testimony, 160, 173-74, 210.

В сентябре 1887 года, сразу после того, как Тесла продемонстрировал двигатель с банкой гуталина, Браун спросил Теслу, сможет ли он спроектировать электродвигатель переменного тока, который бы работал от существующей однофазной сети переменного тока, – двигатель, который будет соединен с генератором только двумя проводами. Поскольку он увлекся созданием своего идеала для многофазной системы передачи электроэнергии, Тесле не приходило в голову, что кому-то нужны двигатели, которые работали бы от существующих линий переменного тока {236} .

236

Там же, 329.

Однако через несколько дней Тесла начал показывать

Брауну двигатели, которые могли работать от двух проводов, используя однофазный переменный ток. Для этих двигателей он разделил поступающий переменный ток на две ветви и затем использовал несколько методов, чтобы заставить ток в одной ветви быть в противофазе относительно тока в другой ветви. Для этого Тесла поместил катушки сопротивления, конденсаторы и катушки индукции на одной ветви электроцепи на входе в двигатель. Каждая из этих цепей была связана с катушками на противоположных сторонах статора в двигателе, и противофазный ток создавал вращающееся магнитное поле. Когда Браун выразил беспокойство, что дополнительные устройства, такие, как катушки сопротивления, производили теплоотходы и снижали эффективность двигателя, Тесла устранил их, используя два вида провода в катушках статора. При помощи толстого провода с низким сопротивлением для одного набора катушек статора и тонкой проволоки с высоким сопротивлением для другого набора он получил два противофазных тока и, следовательно, вращающееся магнитное поле точно так же, как в его многофазных двигателях {237} .

237

См. NT, Motor Testimony, 159, 174-75, 230, 289, 369-72. Обобщение многих этих техник дано в NT, Patent 511,560.

Впечатленный работой Теслы над разработкой целой линейки двигателей с расщепленной фазой, Браун дал «добро» на подготовку патентной заявки на все его идеи. Браун хорошо разбирался в электротехнической области и сразу почувствовал ценность патентов на электродвигатели переменного тока, которые можно внедрить в существующие распределительные сети. Тесла, однако, не соглашался с Брауном, утверждая, что он должен был придумать проект двигателя с расщепленной фазой, который будет столь же эффективен, как и его многофазные двигатели. Очевидно, Тесла был очарован своей идеальной многофазной системой, и его намного больше интересовало то, как эта система могла передавать электроэнергию из одной точки в другую. Тесла был уверен, что может повысить эффективность своих двигателей с расщепленной фазой, но пока этого не произошло, он зарегистрирует патентные заявки только на многофазные разработки. В результате Тесла решил не подавать никаких заявок на двигатели с расщепленной фазой, которые он создавал осенью 1887 года {238} .

238

NT, Motor Testimony, 316-18, 329.

Таким образом, в течение следующих нескольких месяцев Тесла продолжил готовить заявки на многофазные двигатели и ничего не сообщил своему адвокату, Пейджу, о двигателях с расщепленной фазой. Тем не менее в апреле 1888 года Пейдж спросил Теслу об этих двигателях. Работая с Теслой над патентом на трансформатор для регулирования сдвига фаз между двумя токами, Пейдж случайно спросил, мог ли двигатель, описанный в этой заявке, работать от двух проводов. Когда он ответил положительно, вспоминал Тесла, «г-н Пейдж посмотрел на меня в изумлении и попросил объяснить более полно. Я помню это очень хорошо, потому что это испугало меня почти до смерти». Пейдж не мог поверить, что Тесла не знал о растущем спросе на электродвигатель переменного тока, пригодный для практического применения, и что он не потрудился сообщить, что изобрел двухпроводный двигатель. Между тем Тесла переживал, что если бы Пейдж узнал о его двухпроводных проектах, то не отнесся бы серьезно к многофазной системе. Как вспоминал Пейдж, Тесла «намеренно держал от меня в тайне информацию об этих [двухпроводных] двигателях из опасения, что если бы я знал, что его многофазные двигатели могли работать от одной электроцепи, как и другие двигатели, то я бы счел его изобретение [т. е. многофазную систему] бесперспективным» {239} .

239

Цитаты из NT, Motor Testimony, 308–9, 420. См. также: NT, Motor Testimony, 164-66, 175, 208, 310, 416-17, 423.

Как только к нему вернулось самообладание, Пейдж озаботился регистрацией сильных патентов для двигателей Теслы с расщепленной фазой. Ситуация была сложной, потому что широкие патенты на многофазные двигатели должны были быть выпущены Патентным бюро 1 мая 1888 года. В ожидании этого Пейдж готовил заявления на полдюжины дополнительных многофазных изобретений узкого профиля и должен был подать остающиеся заявки, прежде чем выйдут широкие патенты {240} . Если бы он этого не сделал, эксперты могли бы исключить определенные проекты, утверждая, что эти изобретения уже были покрыты широкими патентами. Кроме того, Пейдж подал патентные заявки в нескольких зарубежных странах, включая Англию и Германию, и теперь волновался, потому что иностранные патенты на многофазные двигатели должны были регистрироваться на основе того, что было покрыто американскими патентами. Если бы Пейдж исправил заявки и добавил в них двигатели с расщепленной фазой, он рисковал значительно задержать выпуск иностранных патентов. Чтобы уладить эти затруднения, Пейдж спешно отправился в Патентное бюро в Вашингтоне и по возвращении начал готовить проекты заявок на двухпроводные двигатели, которые затем передал Тесле на рассмотрение {241} .

240

Были поданы заявки на следующие патенты: «System of Electric Distribution», U. S. Patent 390,413 (filed 10 April 1888, granted 2 October 1888); «Dynamo Electric Machine», U. S. Patent 390,414 (filed 23 April 1888, granted 2 October 1888); «Regulator for Alternate-Current Motors», U. S. Patent 390,820 (filed 24 April 1888, granted 9 October 1888); and «Dynamo-Electric Machine», U. S. Patent 390,721 (filed 28 April 1888, granted 9 October 1888).

241

NT, Motor Testimony, 416, 418, 426.