Aspira Dyson 104.000 rpm tecnología CC sin escobillas

Dysonha desarrollado una tecnología CC sin escobillas de 104 000 rpm para combinar eficiencia y capacidad de fabricación en su última aspiradora de mano.

"Debido a que es de dos polos, es muy simple, y cuando lo haces funcionar a alta velocidad, puedes hacerlo increíblemente pequeño", dijo Andy Clothier de Dyson a Electronics Weekly. "Tiene una eficiencia del 84 %, lo cual es alto en este tamaño pequeño. Con este voltaje y nivel de potencia, conseguir un motor con escobillas tan eficiente es muy difícil. Nuestro viejo motor tenía una eficiencia del 40 %".

En general, el motor, denominado DDM (motor digital Dyson) V2, tiene un diámetro de 55,8 mm y pesa 139 g.

Notoriamente difícil de arrancar de manera predecible, el motor utiliza polos asimétricos. "Tienes que tener suficiente prominencia en los polos para que comience en la dirección correcta", dijo Clothier.

Con los motores sin escobillas, hay una opción: con sensor o sin sensor: incorpore un sensor magnético que le diga a la electrónica cuándo cambiar la polaridad de la bobina, o use un procesador más potente y detecte la posición del rotor desde atrás-EMF.

"La forma en que lo diseñamos fue integrar la electrónica en el motor. Es la forma menos costosa de hacerlo", dijo Clothier. "La PCB está exactamente en el lugar correcto para llevar un sensor Hall".

El control proviene de un simple microcontrolador Microchip de 8 bits, no uno que tenga periféricos de control de motor especiales, dijo Clothier: "Usamos nuestra propia tecnología de control de motor. Para obtener lo mejor, nos aseguramos de que el motor produzca potencia constante independientemente de la velocidad y el voltaje de la batería".

El control de potencia es en gran medida de bucle abierto, determinado a partir del conocimiento detallado de la dinámica del motor y del impulsor, combinado con la velocidad del motor derivada del sensor Hall. Se realizan hasta 3.300 ajustes por segundo.

La batería tiene seis o cuatro celdas de iones de litio según el modelo de aspiradora: DC31 (en la imagen) o DC30 respectivamente.

Hasta 10 A a 20 V, y hasta 13 A cuando cae el voltaje de la batería, se conectan al motor mediante un puente H de mosfets.

Para que la corriente cambie de dirección lo suficientemente rápido con un voltaje de suministro tan bajo, se requieren devanados de baja inductancia; en este caso, bobinas gemelas enrolladas en paralelo.

Todo el motor, y su entorno mecánico y aéreo, se modelaron extensamente.

"Ahí es donde entró la mayor parte del trabajo: desarrollamos nuestras propias herramientas de simulación para modelar todo el motor, incluida su electrónica", dijo Clothier. "También usamos algún software comercial de elementos finitos para verificaciones puntuales y trabajos detallados, pero el 90 % fue diseñado por nuestro propio software".

El modelado, por ejemplo, mostró que el rotor de imán permanente de neodimio sinterizado era lo suficientemente pequeño como para no necesitar una funda de fibra de carbono para evitar que saliera volando a toda velocidad.

"Este es el tipo de cosa que parece simple y necesita mucho trabajo", dijo Mathew Childe a Electronics Weekly. "Modelamos la dinámica del motor y nos aseguramos de que fuera estable frente a las vibraciones en todo su rango de aceleración, comprobamos el ruido acústico y las resonancias".

El equipo también construyó prototipos que se probaron con acelerómetros e instrumentos de desplazamiento láser y luego retroalimentaron los resultados. "Durante todo el proceso, aprendes a mejorar y adaptar el proceso de modelado", dijo Childe.

La alta velocidad de rotación significa que el impulsor puede ser pequeño, pero significa que está sujeto a grandes fuerzas. "La mayoría de la gente usaría aluminio", dijo Childe. "A través de la simulación, diseñamos la mayor cantidad de estrés posible y, por lo tanto, podemos hacer que el impulsor sea de polímero reforzado con fibra de carbono".

Un impulsor de plástico y un eje de acero significan que la soldadura está fuera de cuestión. "Todo en la aspiradora depende de la unión", dijo Childe. "Hemos tenido un ingeniero trabajando durante dos años en los adhesivos para el producto".

El motor ha sido denominado DDM (motor digital Dyson) V2.

Lo que efectivamente era DDM V1 en realidad se denominóX020y es la reluctancia conmutada diseñada que se utiliza en el secador de manos Airblade de la empresa.