Dyson saugt bürstenlose Gleichstromtechnologie mit 104.000 U/min

Dysonhat die bürstenlose Gleichstromtechnologie mit 104.000 U/min entwickelt, um Effizienz und Herstellbarkeit in seinem neuesten Handstaubsauger zu vereinen.

„Da es zweipolig ist, ist es sehr einfach, und wenn man es mit hoher Geschwindigkeit laufen lässt, kann man es unglaublich klein machen“, sagte Andy Clothier von Dyson gegenüber Electronics Weekly. „Der Wirkungsgrad beträgt 84 %, was bei dieser geringen Größe ein hoher Wert ist. Bei dieser Spannung und Leistung ist es sehr schwierig, einen so effizienten Bürstenmotor zu bekommen. Unser alter Motor hatte einen Wirkungsgrad von 40 %.“

Insgesamt hat der Motor mit der Bezeichnung DDM (Dyson Digital Motor) V2 einen Durchmesser von 55,8 mm und ein Gewicht von 139 g.

Da der Motor asymmetrische Pole verwendet, ist es bekanntermaßen schwierig, ihn vorhersehbar zu starten. „Man muss an den Stangen genügend Ausprägung haben, damit es in die richtige Richtung startet“, sagte Clothier.

Bei bürstenlosen Motoren haben Sie die Wahl: mit oder ohne Sensor – integrieren Sie einen Magnetsensor, der der Elektronik mitteilt, wann die Spulenpolarität geändert werden soll, oder verwenden Sie einen leistungsstärkeren Prozessor und erfassen Sie die Rotorposition anhand der Gegen-EMK.

„Wir haben es entworfen, um die Elektronik in den Motor zu integrieren. Das ist die kostengünstigste Möglichkeit“, sagte Clothier. „Die Platine ist genau an der richtigen Stelle, um einen Hall-Sensor zu tragen.“

Die Steuerung erfolgt über einen einfachen 8-Bit-Microchip-Mikrocontroller, der nicht über spezielle Motorsteuerungsperipheriegeräte verfügt, sagte Clothier: „Wir haben unsere eigene Motorsteuerungstechnologie verwendet. Um das absolut Beste zu erreichen, stellen wir sicher, dass der Motor unabhängig von Geschwindigkeit und Drehzahl eine konstante Leistung erzeugt.“ die Batteriespannung.“

Die Leistungsregelung erfolgt größtenteils im offenen Regelkreis und wird anhand detaillierter Kenntnisse der Motor- und Laufraddynamik in Kombination mit der vom Hall-Sensor abgeleiteten Motordrehzahl bestimmt. Es werden bis zu 3.300 Verstellungen pro Sekunde vorgenommen.

Der Akku besteht je nach Staubsaugermodell aus sechs oder vier Lithium-Ionen-Zellen: DC31 (im Bild) bzw. DC30.

Bis zu 10 A bei 20 V und bis zu 13 A bei sinkender Batteriespannung werden über eine H-Brücke aus Mosfets in den Motor geschaltet.

Damit der Strom bei einer so niedrigen Versorgungsspannung schnell genug die Richtung ändert, sind Wicklungen mit niedriger Induktivität erforderlich – in diesem Fall parallel gewickelte Doppelspulen.

Der gesamte Motor und seine mechanische und Luftumgebung wurden umfassend modelliert.

„Hier steckte die meiste Arbeit: Wir haben unsere eigenen Simulationstools entwickelt, um den gesamten Motor einschließlich seiner Elektronik zu modellieren“, sagte Clothier. „Wir haben auch einige kommerzielle Finite-Elemente-Software für Stichproben und Detailarbeiten verwendet, aber 90 % wurden mit unserer eigenen Software entwickelt.“

Modellierungen zeigten beispielsweise, dass der Rotor aus gesintertem Neodym-Permanentmagnet klein genug war und keine Kohlefaserhülse benötigte, um zu verhindern, dass er bei voller Geschwindigkeit auseinanderfliegt.

„So etwas sieht einfach aus und erfordert viel Arbeit“, sagte Mathew Childe gegenüber Electronics Weekly. „Wir haben die Dynamik des Motors modelliert und dafür gesorgt, dass er über den gesamten Beschleunigungsbereich vibrationsstabil ist, haben die akustischen Geräusche überprüft und die Resonanzen überprüft.“

Das Team baute auch Prototypen, die mit Beschleunigungsmessern und Laser-Verschiebungsinstrumenten getestet wurden, und gab dann eine Rückmeldung über die Ergebnisse. „Im Laufe der Zeit lernt man, den Modellierungsprozess zu verbessern und anzupassen“, sagte Childe.

Eine hohe Drehzahl bedeutet, dass das Laufrad zwar klein sein kann, aber großen Kräften ausgesetzt ist. „Die meisten Leute würden Aluminium verwenden“, sagte Childe. „Durch Simulation haben wir so viele Spannungen wie möglich berechnet, sodass wir das Laufrad aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer herstellen können.“

Dank des Kunststofflaufrads und der Stahlwelle kommt Schweißen nicht in Frage. „Alles im Staubsauger hängt von der Bindung ab“, sagte Childe. „Zwei Jahre lang hat ein Ingenieur an den Klebstoffen für das Produkt gearbeitet.“

Der Motor trägt den Namen DDM (Dyson Digital Motor) V2.

Was eigentlich DDM V1 war, wurde tatsächlich synchronisiertX020Dabei handelt es sich um die geschaltete Widerstandstechnologie, die im Airblade-Händetrockner des Unternehmens zum Einsatz kommt.