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－文字稿－
當代生活離不開馬達。你家裡的吹風機、剃鬚刀、電風扇，乃至你手裡會震動的手機，今天幾乎所有插上電能動的機器，裡面都少不了馬達。
這些馬達是怎麼工作的？如何打造一款強勁的馬達？
從 1834 年第一臺馬達誕生至今，雖然結構越來越複雜，但這些馬達的核心工作原理沒有任何變化。
這是一個基礎的有刷直流馬達。內部有兩個固定的磁體，分為 N 極和 S 極，稱為“定子”；中間是“轉子”，主要由硅鋼片疊成的鐵芯和線圈構成。
線圈是由一根包有塑料外殼的銅線以特定方向卷繞鐵芯兩端而成，當接入電源，線圈內的電流會呈逆時針流動。
根據電磁感應原理，通電導線會產生磁場，而安培右手螺旋定則又告訴我們，將四指彎曲順著電流方向，拇指所指的就是 N 極，另一端則是 S 極。
所以由於異性相吸、同性相斥，此時轉子就會開始旋轉。但轉到水平位置時，轉子兩端與兩塊磁體的吸引力相等，就會逐漸停止運動。
怎樣才能讓轉子繼續轉動？這就要靠換向片和電刷。
換向片是兩個弧形銅片，固定在轉子上，連著線圈，而石墨製成的電刷則緊貼著換向片，固定在馬達外殼上，連著電源。
當電源開啟，電流會經過電刷、換向片流入線圈，讓轉子像之前一樣開始轉動。
而到達水平位置時，兩個電刷將正好處於換向片的空隙，讓電路斷開，線圈失去磁性。轉子會在慣性作用下繼續轉動，讓電刷與另一個換向片接觸通電，改變線圈內的電流方向，導致轉子兩端的磁性也隨之改變，從而繼續轉動。
不過，這種基礎款馬達的轉子只有兩組線圈，經過不同位置時，磁場不同，轉動時會忽快忽慢。
增加線圈和換向片的數量可以有效提升穩定性和轉速。比如你小時候最愛的旋風衝鋒，裡面馬達的轉子就有三組線圈和三個換向片，在轉動時，線圈的磁性也會變得更頻繁。
這顆田宮的 Plasma-Dash 馬達，最高轉速可達每分鐘 28000 轉，足以讓你跟小烈小豪一起做兄弟。
那麼這種馬達的轉速還可以再提高嗎？
我們知道，馬達的電壓、電流和做功效率的乘積等於最終的輸出功率，而輸出功率又等於轉矩，即轉動時的力量大小，和轉速的乘積。理論上我們只要不斷提高電壓電流，就能無限加快馬達轉速。
但今天的有刷直流馬達每分鐘 50000 轉已是極限，而制約其性能的恰恰是馬達中至關重要的電刷。
為了導電，電刷必須與轉子上的換向片接觸，摩擦造成的動力損失在所難免，且石墨製成的電刷在高速摩擦時會產生劇烈火花，實際使用時，很可能把你的電吹風直接變成火焰噴射器。
解決這個致命缺陷的唯一辦法就是去掉電刷。這是一個永磁無刷直流馬達。
它的轉子是一個圓柱形磁體，外側有三個由線圈組成的定子。定子上裝有傳感器，通常是霍爾元件，在轉子磁極靠近時會被激活，並轉化成六種不同狀態的電信號控制定子線圈電流。
比如轉子在這個位置時，靠近 N 極的 2、3 霍爾元件會被激活，控制器就會導通兩個線圈，使線圈 B 磁化為 S 極，線圈 C 磁化為 N 極，吸引轉子旋轉。
等轉子轉到這個位置時，只有 2 號霍爾元件被激活，控制器就會導通線圈 A、C，前者磁化為 S 極，後者磁化為 N 極，繼續牽引轉子旋轉。不斷變換線圈的通電情況，轉子就能不停地轉下去，這就是無刷直流電機的工作原理。
這種馬達轉得能有多快呢？
今天我們在市面上能找到最快的馬達，是戴森配置在吸塵器上的 V11 馬達，每分鐘可轉 125000 圈，是傳統的有刷直流馬達根本無法企及的轉速，這不僅歸功於無刷馬達本身的結構優勢，還依靠戴森在馬達的材質與設計上做到了極致。
首先，V11 馬達中的線圈採用了八極設計，每秒可以切換 16000 次磁場，配合高性能的處理器芯片，讓轉子能更穩定高速地旋轉。
其次，馬達上用於傳輸動力的中心軸必須能承受高強度的旋轉，如果像大多數馬達那樣選擇鋼軸，在高速旋轉時會形成一條 3 微米的曲線，而即便是這樣的偏差都可能引發破壞性的振動。所以戴森使用的是經過 1600 ℃ 高溫固化的陶瓷軸，密度僅有鋼的一半，卻比鋼硬兩倍。
此外，戴森還使用聚醚醚酮作為馬達中葉輪的材料，這是目前市面上強度最高的塑料，不僅重量輕且柔韌性極高。
除了轉得快，V11 馬達還小得驚人，只有 106.4 毫米高，140 克重，但功率高達 545 W ，相當於 10 臺落地扇，配合吸塵器上的動態負載傳感器還能實現智能感應地面類型、自動調節功率等特殊功能，讓你不僅能快速地吸塵，更能愉快地吸貓。
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