다이슨, 104,000rpm 브러시리스 DC 기술 진공청소기 출시

다이슨는 최신 휴대용 진공 청소기에 효율성과 제조 가능성을 결합하기 위해 104,000rpm 브러시리스 DC 기술을 개발했습니다.

Dyson의 Andy Clothier는 Electronics Weekly에 "2극이기 때문에 매우 간단하며 고속으로 작동하게 하면 믿을 수 없을 정도로 작게 만들 수 있습니다"라고 말했습니다. "효율성은 84%로, 이 작은 크기에서는 높은 수치입니다. 이 전압 및 전력 수준에서 이렇게 효율적인 브러시 모터를 얻는 것은 매우 어렵습니다. 기존 모터의 효율성은 40%였습니다."

DDM(다이슨 디지털 모터) V2라고 불리는 모터는 전체적으로 직경 55.8mm, 무게 139g이다.

예상대로 시작하기가 까다롭기로 악명 높은 모터는 비대칭 극을 사용합니다. "올바른 방향으로 시작하려면 기둥에 충분한 돌출이 있어야 합니다"라고 Clothier는 말했습니다.

브러시리스 모터의 경우 센서 또는 센서리스 중에서 선택할 수 있습니다. 자기 센서를 통합하여 코일 극성을 전환할 시기를 전자 장치에 알려주거나 보다 강력한 프로세서를 사용하고 역기전력에서 로터 위치를 감지합니다.

"우리가 설계한 방식은 전자 장치를 모터에 통합하는 것이었습니다. 이는 가장 비용이 적게 드는 방법입니다."라고 Clothier는 말했습니다. "PCB는 홀 센서를 운반하기에 딱 맞는 위치에 있습니다."

제어는 특별한 모터 제어 주변 장치가 있는 것이 아니라 간단한 8비트 마이크로칩 마이크로컨트롤러에서 나온다고 Clothier는 말했습니다. "우리는 자체 모터 제어 기술을 사용했습니다. 최고의 성능을 얻기 위해 모터가 속도와 속도에 관계없이 일정한 전력을 생성하도록 합니다. 배터리 전압."

전력 제어는 홀 센서에서 파생된 모터 속도와 결합된 모터 및 임펠러 역학에 대한 자세한 지식을 통해 결정되는 대체로 개방형 루프입니다. 초당 최대 3,300번의 조정이 이루어집니다.

배터리는 진공 청소기 모델에 따라 각각 DC31(사진) 또는 DC30 등 6개 또는 4개의 리튬 이온 셀입니다.

20V에서 최대 10A, 배터리 전압이 떨어지면 최대 13A가 MOSFET의 H 브리지를 통해 모터로 전환됩니다.

이렇게 낮은 공급 전압으로 방향을 충분히 빠르게 바꿀 수 있는 전류를 얻으려면 낮은 인덕턴스 권선이 필요합니다. 이 경우 병렬로 감겨진 트윈 코일이 필요합니다.

전체 모터와 기계 및 공기 환경이 광범위하게 모델링되었습니다.

"여기서 대부분의 작업이 이루어졌습니다. 우리는 전자 장치를 포함한 전체 모터를 모델링하기 위한 자체 시뮬레이션 도구를 개발했습니다."라고 Clothier는 말했습니다. "우리는 또한 무작위 검사와 세부 작업을 위해 일부 상용 유한 요소 소프트웨어를 사용했지만 90%는 자체 소프트웨어로 설계했습니다."

예를 들어, 모델링에서는 소결 네오디뮴 영구 자석 회전자가 최고 속도로 날아가는 것을 막기 위해 탄소 섬유 슬리브가 필요하지 않을 만큼 작다는 것을 보여주었습니다.

Mathew Childe는 Electronics Weekly에 “이것은 단순해 보이지만 많은 작업이 필요한 종류의 것입니다.”라고 말했습니다. "우리는 모터 역학을 모델링하여 가속 범위 전체에서 진동에 대해 안정적인지 확인하고 음향 소음을 확인하고 공진을 확인했습니다."

또한 팀은 가속도계와 레이저 변위 장비를 사용하여 테스트한 후 결과를 피드백하는 프로토타입을 제작했습니다. Childe는 "이 과정을 통해 모델링 프로세스를 개선하고 적용하는 방법을 배웁니다."라고 말했습니다.

회전 속도가 높다는 것은 임펠러가 작을 수 있지만 큰 힘을 받는다는 것을 의미합니다. "대부분의 사람들은 알루미늄을 사용할 것입니다"라고 Childe는 말했습니다. "시뮬레이션을 통해 우리는 가능한 한 많은 응력을 설계하여 탄소 섬유 강화 폴리머로 임펠러를 만들 수 있었습니다."

플라스틱 임펠러와 강철 샤프트는 용접이 불가능하다는 것을 의미합니다. "진공청소기의 모든 것은 결합에 달려 있습니다"라고 Childe는 말했습니다. "우리는 제품 접착제를 연구하는 엔지니어를 2년 동안 고용했습니다."

모터 이름은 DDM(다이슨 디지털 모터) V2입니다.

실제로 DDM V1이라고 불렸던 것은 실제로 더빙되었습니다.X020이는 회사의 Airblade 핸드 드라이어에 사용되도록 설계된 스위치드 릴럭턴스입니다.