從內(nèi)燃機(jī)到微處理器，許多技術(shù)支撐著現(xiàn)代社會的日常運(yùn)作。但是有一項(xiàng)技術(shù)看起來必然會變得更重要，那就是電機(jī)。

由于特斯拉S讓電動汽車大放異彩，電動飛機(jī)首次完成了穿越大陸的飛行，不起眼的電機(jī)再次成為了備受關(guān)注的對象。而軟件在其中起到了關(guān)鍵作用。

傳統(tǒng)電機(jī)旁邊的一系列戴森數(shù)字電機(jī)（包括控制板原型）。

當(dāng)然，不僅僅是看得見的電機(jī)。電機(jī)可謂無處不在，出現(xiàn)在每一個(gè)設(shè)備中。電機(jī)功能強(qiáng)、效率高，可以在我們需要它的場合提供扭矩。不過有一個(gè)缺點(diǎn)：它們常常體積較大，在電機(jī)轉(zhuǎn)子的線圈之間用來開關(guān)的碳刷會慢慢腐蝕掉，留下細(xì)細(xì)的碳塵。還需要對電機(jī)進(jìn)行冷卻。

我一直著迷于電機(jī)；最近我有機(jī)會采訪了戴森公司（Dyson），有幸一睹他們設(shè)計(jì)的最新款電機(jī)――戴森稱這款電機(jī)比傳統(tǒng)電機(jī)大有改進(jìn)。它當(dāng)然結(jié)構(gòu)緊湊，大概只有相應(yīng)傳統(tǒng)電機(jī)的一半大小。這種設(shè)計(jì)問世已有一段時(shí)間，但現(xiàn)在應(yīng)用于戴森制造的幾乎每個(gè)設(shè)備中；該公司還成立了一家工廠，專門生產(chǎn)電機(jī)。

戴森的開關(guān)磁阻電機(jī)

戴森的“數(shù)字”電機(jī)名為開關(guān)磁阻電機(jī)（switched reluctance motor）。開關(guān)磁阻電機(jī)使用磁芯，而不是為轉(zhuǎn)子提供動力――所以通過定子線圈進(jìn)行開關(guān)時(shí)，磁芯被拖動，與它們生成的磁場相一致。由于轉(zhuǎn)子上的線圈比磁極更多，就可以在線圈里面建立一種開關(guān)模式，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。這意味著，使用傳感器和復(fù)雜的開關(guān)電路，因?yàn)榭刂齐姍C(jī)里面的磁場是設(shè)計(jì)出高效電機(jī)的關(guān)鍵。

像這樣的開關(guān)磁阻電機(jī)非常高效；戴森聲稱其電機(jī)的效率高達(dá)84%（而傳統(tǒng)電機(jī)的效率只有40%）。像這樣緊湊高效的電機(jī)有著廣泛用途――不僅僅用于真空吸塵器和烘手機(jī)。這也意味著使用許多設(shè)計(jì)工具――其中大部分使用戴森自己的模擬軟件。

戴森電機(jī)里面的轉(zhuǎn)子相對簡單――只有兩個(gè)磁極。這簡化了控制問題，還減少了線圈數(shù)量――線圈用來形成磁場脈沖模式，而帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動離不開磁場脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速每秒超過10萬轉(zhuǎn)。開關(guān)磁阻電機(jī)里面的磁體通常相當(dāng)弱。戴森的電機(jī)則不是這樣，我們最后使用早期電機(jī)的轉(zhuǎn)子作為冰箱貼。

來自戴森一款電機(jī)的磁轉(zhuǎn)子。我們使用這個(gè)轉(zhuǎn)子作為冰箱貼。

吸力更強(qiáng)的磁鐵意味著更復(fù)雜的控制問題，但是也讓戴森得以做出極其小巧輕盈的電機(jī)。這時(shí)數(shù)字技術(shù)有了用武之地，因?yàn)榻鉀Q這個(gè)問題意味著使用現(xiàn)成的微控制器以及編寫軟件，而不是研發(fā)特定的控制電路?？刂栖浖褂煤唵蔚幕魻栃?yīng)磁傳感器來確定轉(zhuǎn)子的位置，因而每秒鐘可以對磁場特性進(jìn)行3000多次調(diào)整。

想做出經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電機(jī)，關(guān)鍵是將軟件嵌入到這樣的電機(jī)中。自行設(shè)計(jì)控制硬件成本高昂；如果你試圖研發(fā)出一款通用型電機(jī)，走軟件這條路可以增強(qiáng)靈活性――因?yàn)槟憧梢孕薷拇a，將不同的負(fù)載和使用模式考慮進(jìn)來。這意味著同一個(gè)控制模塊在真空吸塵器、烘手機(jī)和風(fēng)扇中都可以使用。你還可以充分利用現(xiàn)代控制理論，該理論的重點(diǎn)是保持系統(tǒng)在邊界條件之內(nèi)，而不是實(shí)現(xiàn)一種閉環(huán)經(jīng)典控制模型――這種模型很容易變得不穩(wěn)定。

既然新設(shè)計(jì)的電機(jī)這么好，優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該會在使用它的產(chǎn)品中體現(xiàn)出來，比如熱+冷風(fēng)扇。自年初襲擊英國的寒潮及年中熱浪以來，我們就一直在測試這款風(fēng)扇。它使用電機(jī)，通過底座吸入空氣，然后通過2.5毫米寬的間隙排出空氣。這意味著風(fēng)扇葉片不會弄臟、不會發(fā)出嘩嘩聲（也不會出現(xiàn)要是靠得太近，你手指或貓尾巴被夾住的情況）。

較之風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的拍頻干擾，電機(jī)聲音顯得更安靜，更有規(guī)律；吹出來的風(fēng)高效得多，也很穩(wěn)定――這意味著你很少需要將風(fēng)扇調(diào)在強(qiáng)風(fēng)檔，因而更安靜。這款風(fēng)扇安靜得很，可以在電話會議過程中讓它開著；而且在低速狀態(tài)下，安靜得你會忘了風(fēng)扇還開著--你感受到的只有暖風(fēng)或涼風(fēng)。

如果你在小型辦公室運(yùn)行一臺服務(wù)器，有了熱+冷風(fēng)扇，不用空調(diào)也沒關(guān)系；如果冬天你在家辦公，可以在一個(gè)房間里打開熱+冷風(fēng)扇，用不著讓整個(gè)房子的供暖裝置成天開著。

同樣的新電機(jī)用于最新款的手持戴森真空吸塵器：DC44，它同樣結(jié)合了高效率和智能設(shè)計(jì)。在硬地板上，很難吸起細(xì)小的灰塵；你在房間走來走去時(shí)，靜電會積聚起來，將灰塵牢牢吸附在地面。DC44上的刷條有碳纖維細(xì)絲；它們不僅很牢固，可以用好幾年，還可以給靜電放電，那樣能將更多灰塵吸起來。

要是筆記本電腦里面的電池有戴森手持設(shè)備的電池壽命，那就好了。自從上世紀(jì)90年代末進(jìn)入市場以來，我們就一直在使用第一代戴森Root手持式吸塵器；連我們的第一代手持式吸塵器仍可以充電；充一次電，可以吸塵整整十分鐘。相比之下，筆記本電腦電池的充電能力每年都要下降幾個(gè)百分點(diǎn)；可以說，戴森的技術(shù)確實(shí)做得不賴。

戴森的數(shù)字電機(jī)是證明軟件和數(shù)字控制器至關(guān)重要的另一個(gè)例子。隨著我們邁向未來的物聯(lián)網(wǎng)，像這樣的控制器會提供信息，有助于改善硬件和控制軟件的設(shè)計(jì)。不難想象，未來的這類電機(jī)可以將數(shù)據(jù)發(fā)回到云服務(wù)，然后云服務(wù)可以檢測故障的早期癥狀；或者根據(jù)你的設(shè)備使用情況，發(fā)回經(jīng)過優(yōu)化的控制程序。

一旦傳統(tǒng)電氣工程變成軟件，那的確是個(gè)嶄新的世界。