Es gibt viele Technologien, die die moderne Gesellschaft stützen, vom Verbrennungsmotor bis zum Mikroprozessor. Aber eines scheint noch wichtiger zu werden: der Elektromotor.Mit dem Tesla S, der das Elektroauto zu einer sichtbaren Alternative macht, und einem Elektroflugzeug, das zum ersten Mal einen transkontinentalen Flug absolviert, macht der bescheidene Elektromotor wieder ein Spiel für die großen Ligen. Und Software spielt eine Schlüsselrolle.
Es sind natürlich nicht nur die sichtbaren Motoren. Elektromotoren sind überall und in allem. Kraftvoll und effizient können sie Drehmoment liefern, wo und wann wir es brauchen. Aber es gibt einen Nachteil: Sie sind oft sperrig, und die Kohlebürsten, mit denen zwischen den Spulen des Motorrotors gewechselt wird, erodieren und hinterlassen einen feinen Staub. Sie müssen auch kühl gehalten werden.
Ich war schon immer fasziniert von Elektromotoren und hatte kürzlich die Gelegenheit, mich mit Dyson zu treffen, um einen Blick auf die neueste Version ihres Motordesigns zu werfen — eine, von der sie sagen, dass sie eine signifikante Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Elektromotor darstellt. Es ist sicherlich kompakt, etwa halb so groß wie ein gleichwertiger herkömmlicher Motor. Das Design gibt es schon eine Weile, aber es ist jetzt in fast jedem Gerät, das Dyson herstellt, und das Unternehmen hat eine Fabrik eingerichtet, um Motoren herzustellen.
Dysons „digitaler“ Motor ist ein sogenannter geschalteter Reluktanzmotor. Anstatt den Rotor mit Strom zu versorgen, hat ein geschalteter Reluktanzmotor einen Magnetkern – wenn also Strom durch die Spulen des Stators geschaltet wird, wird der Magnetkern so herumgeschleift, dass er sich an das von ihm erzeugte Magnetfeld anpasst. Mit mehr Spulen als Magnetpolen am Rotor ist es möglich, ein Schaltmuster in den Spulen einzurichten, das den Rotor herumzieht. Das bedeutet, Sensoren und komplexe Schaltkreise zu verwenden, da die Steuerung der Magnetfelder im Motor der Schlüssel zu einem effizienten Motor ist.Geschaltete Reluktanzmotoren wie diese können sehr effizient sein, und Dyson behauptet, dass ihr Motor 84 Prozent effizient ist (im Vergleich zu 40 Prozent für einen herkömmlichen Elektromotor). Es gibt viel zu sagen für einen kompakten, leistungsstarken Motor wie diesen – nicht nur für Staubsauger und Händetrockner. Es bedeutete auch, viele Design-Tools zu verwenden – vieles davon mit Dysons eigener Simulationssoftware.
Der Rotor in Dysons Motor ist relativ einfach — mit nur zwei Polen. Das vereinfacht das Steuerungsproblem und reduziert die Anzahl der Wicklungen, die benötigt werden, um das Muster von Feldimpulsen zu erzeugen, die verwendet werden, um den Rotor herumzuziehen, hier bei über 100.000 U / min. Normalerweise sind die Magnete in einem geschalteten Reluktanzmotor ziemlich schwach. Das ist bei Dysons Motor nicht der Fall, wo wir den Rotor eines frühen Modells als Kühlschrankmagnet verwendet haben.
Stärkere Magnete bedeuten ein komplexeres Steuerungsproblem, aber auch Dyson macht die Motoren viel kleiner und leichter. Hier kommt das Digitale ins Spiel, da die Lösung dieses Problems die Verwendung eines handelsüblichen Mikrocontrollers und das Schreiben von Software bedeutete, anstatt spezifische Steuerschaltungen zu entwickeln. Mit einem einfachen Hall-Effekt-Magnetsensor, um zu bestimmen, wo sich der Rotor befindet, nimmt die Steuerungssoftware mehr als 3.000 Anpassungen des Magnetfeldmusters pro Sekunde vor.
Software in einen Motor wie diesen zu integrieren, ist der Schlüssel, um ihn wirtschaftlich zu machen. Das Entwerfen Ihrer eigenen Steuerungshardware ist teuer, und wenn Sie versuchen, einen Allzweckmotor zu entwickeln, bietet die Verwendung einer Software—Route mehr Flexibilität, da Sie den Code ändern können, um unterschiedliche Lasten und Nutzungsmodelle zu berücksichtigen. Das bedeutet, dass dasselbe Steuermodul in einem Staubsauger, in einem Händetrockner und in einem Ventilator funktioniert. Sie können auch die Vorteile der modernen Regelungstheorie nutzen, die sich darauf konzentriert, Systeme innerhalb von Randbedingungen zu halten, anstatt ein klassisches Regelungsmodell mit geschlossenem Regelkreis zu implementieren, das leicht instabil werden kann.
Wenn die neue design von motor ist so gut, dass heraus zu zeigen durch in die produkte, die es verwenden, wie die Hot + Cool fan. Wir testen dies seit dem bitteren Kälteeinbruch, der Großbritannien im Februar und März dieses Jahres traf, und in der jüngsten Hitzewelle. Es verwendet den Motor, um Luft durch die Basis anzusaugen und durch a herauszudrücken 2.5mm Lücke, die alle rund um die ovale Schleife an der Spitze läuft. Das bedeutet, dass keine Lüfterblätter schmutzig werden und klappern (oder Ihre Finger oder den Katzenschwanz einfangen, wenn sie zu nahe kommen).
Das Geräusch des Motors ist sowohl leiser als auch regelmäßiger als die Beat—Interferenz, die Sie mit einem Lüfterblatt hören können, und es ist ein weitaus effizienterer und kontinuierlicherer Fluss – was bedeutet, dass Sie ihn selten hoch laufen lassen müssen, um die Dinge leiser zu halten. Es ist leise genug, um während einer Telefonkonferenz eingeschaltet zu bleiben, und bei niedrigen Geschwindigkeiten ist es leise genug, dass Sie vergessen können, dass der Lüfter eingeschaltet ist — abgesehen davon, dass er Sie angenehm warm oder kühl hält.
Wenn Sie einen Server in einem kleinen Büro betreiben, können Sie ohne Klimaanlage auskommen und wenn Sie im Winter von zu Hause aus arbeiten, können Sie den Hot + Cool in einem Raum betreiben, anstatt die Heizung im ganzen Haus anzuschalten den ganzen Tag.
Der gleiche neue Motor befindet sich im neuesten Modell des Dyson-Handstaubsaugers, dem DC44, der eine ähnliche Kombination aus Effizienz und intelligentem Design aufweist. Auf harten Böden ist es schwierig, feinen Staub aufzunehmen; Statische Elektrizität baut sich auf, wenn Sie herumlaufen, und hält den Staub am Boden fest. Die Bürstenleiste des DC44 verfügt über Kohlefaserfilamente; Sie sind nicht nur griffig genug, um mehrere Jahre zu halten, sie entladen auch die statische Aufladung, sodass mehr Staub angesaugt wird.
Die Dyson-Handhelds haben Batterielebenszyklen, die wir gerne auch in Notebooks sehen würden. Wir verwenden den originalen Dyson Root Handheld, seit er Ende der 90er Jahre auf den Markt kam, und selbst unser Originalmodell lädt immer noch auf und hält eine Ladung für gut zehn Minuten Reinigung. Vergleichen Sie das mit Laptop-Akkus, die jedes Jahr ein paar Prozent ihrer Ladekapazität verlieren, und Sie können sehen, dass Dyson wirklich gute Technik macht.Dysons digitaler Motor ist ein weiteres Beispiel für die Bedeutung von Software und digitalen Controllern. Wenn wir uns in die Zukunft des Internets der Dinge bewegen, werden solche Controller Informationen bereitstellen, die das Design von Hardware und Steuerungssoftware verbessern. Es ist leicht vorstellbar, dass eine zukünftige Version solcher Motoren Daten an einen Cloud-Dienst zurücksendet, der die frühen Stadien von Fehlern erkennt oder optimierte Steuerroutinen basierend auf Ihrer Gerätenutzung zurücksendet.
Es ist in der Tat eine schöne neue Welt, wenn aus traditioneller Elektrotechnik Software wird.