Dyson aspira tecnologia DC sem escova de 104.000 rpm

Dysondesenvolveu tecnologia DC sem escovas de 104.000 rpm para combinar eficiência e capacidade de fabricação em seu mais recente aspirador de mão.

"Por ser bipolar, é muito simples e, quando você o faz funcionar em alta velocidade, pode torná-lo incrivelmente pequeno", disse Andy Clothier, da Dyson, à Electronics Weekly. "Ele tem 84% de eficiência, o que é alto nesse tamanho pequeno. Nesse nível de tensão e potência, é muito difícil obter um motor com escovas tão eficiente. Nosso antigo motor tinha 40% de eficiência."

No geral, o motor, apelidado de DDM (Dyson digital motor) V2, tem 55,8 mm de diâmetro e pesa 139 g.

Notoriamente complicado de começar de forma previsível, o motor usa pólos assimétricos. "Você precisa ter saliência suficiente nos pólos para começar na direção certa", disse Clothier.

Com motores sem escovas, há uma escolha: com sensor ou sem sensor - incorpore um sensor magnético para informar aos componentes eletrônicos quando trocar a polaridade da bobina ou usar um processador mais poderoso e detectar a posição do rotor a partir do EMF traseiro.

"A maneira como o projetamos foi integrar a parte eletrônica ao motor. É a maneira menos dispendiosa de fazer isso", disse Clothier. "O PCB está exatamente no lugar certo para transportar um sensor Hall."

O controle vem de um microcontrolador Microchip simples de 8 bits, não um que tenha periféricos de controle de motor especiais, disse Clothier: "Usamos nossa própria tecnologia de controle de motor. Para obter o melhor absoluto, garantimos que o motor produza potência constante, independentemente da velocidade e a voltagem da bateria."

O controle de potência é amplamente aberto - determinado a partir do conhecimento detalhado da dinâmica do motor e do impulsor, combinado com a velocidade do motor derivada do sensor Hall. Até 3.300 ajustes por segundo são feitos.

A bateria é de seis ou quatro células de íon de lítio, dependendo do modelo do aspirador: DC31 (foto) ou DC30, respectivamente.

Até 10A a 20V e até 13A quando a tensão da bateria cai, é ligado ao motor por uma ponte H de mosfets.

Para fazer com que a corrente mude de direção rápido o suficiente com uma tensão de alimentação tão baixa, são necessários enrolamentos de baixa indutância - neste caso, bobinas gêmeas enroladas em paralelo.

Todo o motor e seu ambiente mecânico e aéreo foram modelados extensivamente.

"É aí que entra a maior parte do trabalho: desenvolvemos nossas próprias ferramentas de simulação para modelar todo o motor, incluindo sua eletrônica", disse Clothier. "Também usamos algum software comercial de elementos finitos para verificações pontuais e trabalho detalhado, mas 90% foi projetado por nosso próprio software."

A modelagem, por exemplo, mostrou que o rotor de ímã permanente de neodímio sinterizado era pequeno o suficiente para não precisar de uma luva de fibra de carbono para impedi-lo de se separar a toda velocidade.

"Este é o tipo de coisa que parece simples e precisa de muito trabalho", disse Mathew Childe à Electronics Weekly. "Modelamos a dinâmica do motor e garantimos que ele era estável contra vibração em toda a sua faixa de aceleração, verificamos o ruído acústico e verificamos as ressonâncias."

A equipe também construiu protótipos que foram testados usando acelerômetros e instrumentos de deslocamento a laser e, em seguida, forneceram os resultados. "Durante todo o processo, você aprende a melhorar e adaptar o processo de modelagem", disse Childe.

Alta velocidade de rotação significa que o impulsor pode ser pequeno, mas significa que está sujeito a altas forças. "A maioria das pessoas usaria alumínio", disse Childe. "Através da simulação, projetamos o máximo de estresse possível e, assim, podemos fazer o impulsor de polímero reforçado com fibra de carbono."

Um impulsor de plástico e um eixo de aço significam que a soldagem está fora de questão. "Tudo no aspirador depende da ligação", disse Childe. "Tivemos um engenheiro trabalhando por dois anos em adesivos para o produto."

O motor foi apelidado de DDM (Dyson digital motor) V2.

O que era efetivamente DDM V1 foi na verdade apelidadoX020e é a relutância comutada projetada usada no secador de mãos Airblade da empresa.