der er mange teknologier, der understøtter det moderne samfund, fra forbrændingsmotoren til mikroprocessoren. Men der er en, der ser ud til at blive endnu vigtigere: den elektriske motor.med Tesla S, der gør elbilen til et synligt alternativ, og et elektrisk fly, der fuldfører en transkontinental flyvning for første gang, spiller den ydmyge elektriske motor igen for de store ligaer. Og programmel spiller en central rolle.
det er ikke kun de synlige motorer, selvfølgelig. Elektriske motorer er overalt og i alt. Kraftfuld og effektiv, de er i stand til at levere drejningsmoment, hvor og når vi har brug for det. Men der er en ulempe: de er ofte voluminøse, og kulbørsterne bruges til at skifte mellem spolerne i motorens rotor eroderer væk og efterlader et fint støv. De skal også holdes kølige.
jeg har altid været fascineret af elektriske motorer, og jeg har for nylig haft mulighed for at mødes med Dyson for at se på den nyeste version af deres motordesign — en de siger er en betydelig forbedring i forhold til den traditionelle elmotor. Det er helt sikkert kompakt, omkring halvdelen af størrelsen af en tilsvarende traditionel motor. Designet har eksisteret et stykke tid, men det er nu i næsten alle enheder, som Dyson fremstiller, og virksomheden har oprettet en fabrik bare for at fremstille motorer.
Dysons ‘digitale’ motor er det, der er kendt som en skiftet modvilje motor. I stedet for at drive rotoren har en skiftet modviljemotor en magnetisk kerne — så når strømmen skiftes gennem statorens spoler, trækkes den magnetiske kerne rundt for at stille op med det magnetfelt, de genererer. Med flere spoler end magnetiske poler på rotoren er det muligt at oprette et skiftemønster i spolerne, der trækker rotoren rundt. Det betyder at bruge sensorer og komplekse koblingskredsløb, da styring af magnetfelterne i motoren er nøglen til at levere en effektiv motor.
skiftede modviljemotorer som denne kan være meget effektive, og Dyson hævder, at deres motor er 84 procent effektiv (sammenlignet med 40 procent for en traditionel elektrisk motor). Der er meget at sige for en kompakt, høj effekt, motor som denne — ikke kun for Støvsugere og håndtørrere. Det betød også at bruge en masse designværktøjer-meget af det ved hjælp af Dysons eget simuleringsprogram.
rotoren i Dysons motor er relativt enkel — med kun to poler. Det forenkler kontrolproblemet og reducerer antallet af viklinger, der er nødvendige for at skabe mønsteret af feltimpulser, der bruges til at trække rotoren rundt, her ved over 100.000 omdr. / min. Normalt er magneterne i en skiftet modviljemotor ret svage. Det er ikke tilfældet med Dysons motor, hvor vi endte med at bruge en tidlig models rotor som Køleskabsmagnet.
mere kraftfulde magneter betyder et mere komplekst kontrolproblem, men lader også Dyson gøre motorerne meget mindre og lettere. Det er her det digitale kommer ind, da løsningen af dette problem har betydet at bruge en off-the-shelf mikrocontroller og skriveprogram, snarere end at udvikle specifikke kontrolkredsløb. Ved hjælp af en simpel Hall-effekt magnetisk sensor til at bestemme, hvor rotoren er, foretager styreprogrammet moe end 3.000 justeringer af magnetfeltmønsteret hvert sekund.
at få programmel til en motor som denne er nøglen til at gøre det økonomisk. Det er dyrt at designe dit eget kontroludstyr, og hvis du prøver at udvikle en motor til generelle formål, tilføjer en programrute fleksibilitet — da du kan ændre koden for at tage hensyn til forskellige belastninger og brugsmodeller. Det betyder, at det samme kontrolmodul fungerer i en støvsuger, i en håndtørrer og i en ventilator. Du kan også drage fordel af moderne kontrolteori, der fokuserer på at holde systemer inden for grænseforhold, snarere end at implementere en klassisk kontrolmodel med lukket kredsløb — som let kan blive ustabil.
hvis det nye design af motor er så godt, at det viser sig i de produkter, der bruger det, som Hot+Cool fan. Vi har testet dette siden den bittert kolde snap, der ramte Storbritannien i februar og marts i år, og i den nylige varmebølge. Den bruger motoren til at suge luft ind gennem basen og skubbe den ud gennem en 2.5 mm mellemrum, der løber rundt om den ovale løkke øverst. Det betyder, at ingen ventilatorblade bliver beskidte og rasler (eller fælder fingrene eller kattens hale, hvis de kommer for tæt på).
lyden fra motoren er både mere støjsvag og mere regelmæssig end den beat — interferens, du kan høre med et blæserblad, der går rundt, og det er en langt mere effektiv og kontinuerlig strømning-hvilket betyder, at du sjældent har brug for at køre den højt og holde tingene mere stille. Det er stille nok til at forlade under et konferenceopkald, og ved lave hastigheder er det stille nok til, at du kan glemme, at ventilatoren er tændt — bortset fra at den holder dig behagelig varm eller kølig.
Hvis du kører en server på et lille kontor, kan du komme væk uden aircondition, og hvis du arbejder hjemmefra om vinteren, kan du køre Hot+Cool i et rum i stedet for at sætte opvarmningen på i hele huset hele dagen.
den samme nye motor er i den nyeste model af det håndholdte Dyson-vakuum, DC44, som har en lignende kombination af effektivitet og smart design. På hårde gulve er det svært at samle fint støv op; statisk elektricitet opbygges, når du går rundt og holder støvet fast på gulvet. Børstestangen på DC44 har kulfiberfilamenter; de rører ikke kun nok til at vare flere år, de aflader også det statiske, så mere støv suges op.Dyson-håndholdte enheder har batterilevetider, som vi også gerne vil se i bærbare computere. Vi har brugt den originale Dyson Root håndholdte, siden den kom på markedet i slutningen af 90 ‘ erne, og selv vores originale model oplades stadig og holder et gebyr for godt ti minutters rengøring. Sammenlign det med bærbare batterier, der mister et par procent af deres opladningskapacitet hvert år, og du kan fortælle, at Dyson virkelig gør god teknik.Dysons digitale motor er et andet eksempel på vigtigheden af programmel og digitale controllere. Når vi bevæger os ind i fremtiden for tingenes Internet, er det controllere som denne, der vil give information, der forbedrer designet af udstyr og kontrolprogrammer. Det er let at forestille sig en fremtidig version af sådanne motorer, der sender data tilbage til en skytjeneste, der kan registrere de tidlige stadier af fejl, eller som kan sende optimerede kontrolrutiner tilbage baseret på din enheds brug.
det er en modig ny verden, når traditionel Elektroteknik bliver til programmer.