ダイソン掃除機 104,000rpm ブラシレス DC テクノロジー

ダイソンは、最新の手持ち式掃除機で効率と製造性を組み合わせるために、104,000rpm のブラシレス DC テクノロジーを開発しました。

「2極なので非常にシンプルで、高速で動作させると信じられないほど小さくすることができます」とダイソンのアンディ・クロシエ氏はエレクトロニクス・ウィークリーに語った。 「効率は 84% で、この小型サイズでは高い数字です。この電圧と電力レベルでは、これほど効率的なブラシ付きモーターを入手するのは非常に困難です。当社の古いモーターの効率は 40% でした。」

DDM (ダイソン デジタル モーター) V2 と呼ばれるモーター全体の直径は 55.8 mm、重量は 139 g です。

予測通りに始動するのが難しいことで有名なこのモーターは、非対称の極を使用しています。 「正しい方向にスタートするには、極に十分な突出性がなければなりません」とクロシエ氏は語った。

ブラシレス モーターには、センサー付きかセンサーレスかの選択肢があります。磁気センサーを組み込んでコイルの極性を切り替えるタイミングを電子機器に伝えるか、より強力なプロセッサを使用して逆起電力からローターの位置を感知します。

「私たちが設計した方法は、電子機器をモーターに統合することでした。これは最も安価な方法です」とクロティエ氏は語った。 「PCB はホール センサーを搭載するのにまさに適切な場所にあります。」

制御は、特別なモーター制御周辺機器を備えたものではなく、シンプルな 8 ビットの Microchip マイクロコントローラーによって行われます。「私たちは独自のモーター制御技術を使用しました。絶対的な最高のものを得るために、モーターが速度や速度に関係なく一定の電力を生成するようにしました。」バッテリーの電圧です。」

電力制御は主にオープン ループであり、ホール センサーから得られるモーター速度と組み合わせて、モーターとインペラのダイナミクスに関する詳細な知識に基づいて決定されます。 1 秒あたり最大 3,300 回の調整が行われます。

バッテリーは掃除機のモデルに応じて 6 個または 4 個のリチウム イオン セルです: それぞれ DC31 (写真) または DC30。

20V で最大 10A、バッテリ電圧が低下すると最大 13A が、MOSFET の H ブリッジによってモーターに切り替えられます。

このような低い電源電圧で電流の方向を十分に速く変えるには、低インダクタンスの巻線、この場合は並列に巻かれたツインコイルが必要です。

モーター全体とその機械的および空気環境が広範囲にモデル化されました。

「ここでほとんどの作業が行われました。私たちは電子機器を含むモーター全体をモデル化するための独自のシミュレーション ツールを開発しました」とクロシエ氏は述べています。 「スポットチェックや詳細な作業には市販の有限要素ソフトウェアも使用しましたが、90% は独自のソフトウェアで設計されました。」

たとえば、モデリングの結果、焼結ネオジム永久磁石ローターは十分小さいため、全速力で飛び散るのを防ぐためにカーボンファイバースリーブを必要としないことがわかりました。

「これは単純そうに見えて、多くの作業が必要な類のものです」とマシュー・チャイルド氏はエレクトロニクス・ウィークリーに語った。 「モーターのダイナミクスをモデル化し、加速範囲に至るまで振動に対して安定していることを確認し、音響ノイズをチェックし、共振をチェックしました。」

チームはまた、加速度計とレーザー変位計を使用してテストしたプロトタイプを作成し、結果をフィードバックしました。 「最後まで、モデリング プロセスを改善し、適応させる方法を学びます」と Childe 氏は言います。

回転速度が高いということは、インペラを小さくできることを意味しますが、大きな力がかかることを意味します。 「ほとんどの人はアルミニウムを使用するでしょう」とチャイルド氏は言う。 「シミュレーションを通じて、可能な限り多くの応力を設計したため、インペラを炭素繊維強化ポリマーで作ることができました。」

プラスチック製のインペラとスチール製のシャフトを使用しているため、溶接は問題外です。 「掃除機の中のものはすべて接着に依存しています」とチャイルド氏は言う。 「当社には、この製品の接着剤の開発に 2 年間取り組んでいるエンジニアがいます。」

このモーターは DDM (ダイソン デジタル モーター) V2 と呼ばれています。

事実上 DDM V1 だったものは実際にはダビングされましたX020これは、同社の Airblade ハンド ドライヤーで使用されるように設計されたスイッチトリラクタンスです。