第一回　二コラテスラ：　沈む夕日から交流モータを発明

ニコラ・テスラの凄さ

あるとき、NIDECの創業当時から営業活動を率いてきた服部執行役員と朝の電車の中で話す機会がありました。彼はモータの開発史のなかでもっとも優れた発明家はテスラではないかと言いました。なるほど、そうかもしれません。

この機会にテスラのことに少し触れたいと思います。
テスラの伝記として読んだことがあるのは、東大教授だった山村昌氏が学士會会報に寄稿されたものです。山村先生は日本を代表するモータの先生だといわれた方で、先生の本が英国の出版社から出たときに日本料理屋で宴をもちました。そのとき、まず先生から、「見城さん、私はあなたのように教科書なんかを書かないよ！」とお叱りを受けました。先生の本は専門家向けのスパイラルベクトルという理論を提唱するものでテスラの回転磁界とは無縁の理論ではないのですが、それよりもテスラ伝が面白いです。テスラの自伝[1]からは、命がけの発明家を目指した狂気と気迫を感じます。コラムはテスラの伝記を大変に短くしたものです。
テスラは多くの本を初めから終わりまで暗記していたようです。興味深いのが、1882年のある日の午後、ブダペストにある公園を友人と散歩しているとき、ゲーテのファウストの「沈む夕日が輝かしい」の一節を暗唱したときに、天啓のように交流モータの発想に思いついたというところです。それがどんなものだったのか想像してみます。

グラムのモータからの発想

テスラがグラーツの学校でみたグラムの発電機あるいはモータは図1 のような構造のものでした。ステータには馬蹄形の電磁石を、ロータにはリング状の電機子（armature）を備えていました。モータとして使うときにはブラシをとおして電流を電機子に供給します。すると回転に伴ってリング側面の巻線との接触が切れるときに激しい火花が発生します。このような機械的なスイッチ機構をしている限り、火花が伴います。接触の無い直流モータができないものなのか当時の最先端科学者が考えたのですが、それは永久機関の発明のように不可能だと思われたのです。今でもこれにこだわっている多数の発明家がいます。

テスラが思いついたのは交流の利用だったのですが、それほどたやすい発明ではかったようです。最終的にブタペストで閃いた電磁石とロータの関係を断面で説明すると、図2のようなものだったと想像されます。トルク（回転力）を発生させるために必要な磁界を発生する装置を界磁とよぶのですが、直流モータには1セットしかありません。ところが、図2 のように横のほかに縦にもう1セットおきます。そして図3 に示すように、横セットにはcos で変化する正弦波の電流を流し、縦セットにはsinで変化する電流を流します。すると、円筒形のロータを通過する磁界は回転します。筆者はロータと磁界の様子と輝く夕日が重ねあわさったテスラのイメージを感じます。

電磁石という物体を動かすことなく、磁界だけを回転させることができる原理がこれです。磁石を動かすと銅などの金属に力が作用して磁石の動きについてくることも、ロータに巻線をつかえばそこに電流が発生することも、ファラディの法則によって当時すでに知られていました。ですから、テスラが考えた原理で回転磁界ができれば新しいモータが発明されたことになります。その翌年にテスラはフランスのストラスブールで交流モータを試作して回転することを確かめたのですが、できが良くなかったのかあまり関心を集めなかったようです。

この発明を本格的に実施できたのは彼がアメリカにわたってからです。すると間もなく改善研究が世界中で始まって、図4 にみるような今日の分布巻のステータと籠（かご）型ロータが作られるようになったと想像されます。

新しい発想への挑戦

私はブダペストに短い旅をしたとき、ピアニスト・作曲家のリストが住んでいたアパートを訪ねましたが、ひょっとするとテスラが鯰のように騒音に苦しんだアパートはこんなところだったのかな？とか、ドナウ川のほとりの公園を散策して彼が天啓を得たのはここだったのかな？など思いをめぐらしました。しかしそのとき自分は凡人だと思いました。なにも閃きませんでした。

大学３年生の講義で、２組の巻線に交流を流すことによって回転磁界というものが発生してモータができるという原理をきいたときに、うまいことを考えた人がいたのだなと感心しました。しかしそれはテスラの発明以降にわかりやすく作られた教科書的な説明でした。山村先生が「私は教科書を書かない」と仰った真意とつながるものでしょうか？
誰かが考案したことを聞いて短時間で理解するとことと、苦しんで苦しんでそれを発明することの違いがこんなに大きいのか、なかなか実感できるものではありません。

ここで示した図2 を思いついた背景には、ブダペストへの旅のあと、直流モータについて執筆するために、昔の資料を調べたり試作・実験したり、専門家と議論するという作業にほぼ5年を費やした経緯があります。そしてさらに3年後、専門家になろうとする初心者むけの研修資料の作成をし始めて、（教科書には記載されていない）直流モータと交流モータの構造的なつながりを考えていたとき、テスラの発想はこれにちがいない！と思ったのです。テスラ自伝[1]を最初に読んだときは、速読してしまったらしく大事な考察を怠けたようです。最近になってこの本を探し出して一枚の写真をみて確認できたのですが、彼がブタペストで得た構造はやはり図2 のようなものです。日本の科学技術に必要とされるのは、優等生や秀才タイプよりも、若年にして新しいことを見つけようと挑戦する人材だと思います。