De nombreuses technologies sous-tendent la société moderne, du moteur à combustion interne au microprocesseur. Mais il y en a un qui semble devenir encore plus important: le moteur électrique.
Avec la Tesla S qui fait de la voiture électrique une alternative visible, et un avion électrique effectuant un vol transcontinental pour la première fois, l’humble moteur électrique fait à nouveau un jeu pour les grandes ligues. Et le logiciel joue un rôle clé.
Ce ne sont pas seulement les moteurs visibles, bien sûr. Les moteurs électriques sont partout, et dans tout. Puissants et efficaces, ils sont capables de fournir un couple où et quand nous en avons besoin. Mais il y a un inconvénient: ils sont souvent volumineux et les balais de charbon utilisés pour basculer entre les bobines du rotor du moteur s’érodent, laissant une fine poussière. Ils doivent également être conservés au frais.
J’ai toujours été fasciné par les moteurs électriques, et j’ai récemment eu l’occasion de rencontrer Dyson pour jeter un coup d’œil à la dernière version de leur conception de moteur — une amélioration significative par rapport au moteur électrique traditionnel. Il est certainement compact, environ la moitié de la taille d’un moteur traditionnel équivalent. La conception existe depuis un certain temps, mais elle est maintenant présente dans presque tous les appareils fabriqués par Dyson, et la société a créé une usine uniquement pour fabriquer des moteurs.
Le moteur « numérique » de Dyson est ce qu’on appelle un moteur à réluctance commutée . Au lieu d’alimenter le rotor, un moteur à réluctance commutée a un noyau magnétique — de sorte que la puissance est commutée à travers les bobines du stator, le noyau magnétique est traîné pour s’aligner avec le champ magnétique qu’ils génèrent. Avec plus de bobines que de pôles magnétiques sur le rotor, il est possible de configurer un motif de commutation dans les bobines qui tire le rotor. Cela signifie utiliser des capteurs et des circuits de commutation complexes, car le contrôle des champs magnétiques dans le moteur est la clé pour fournir un moteur efficace.
Les moteurs à réluctance commutée comme celui-ci peuvent être très efficaces, et Dyson affirme que leur moteur est efficace à 84% (contre 40% pour un moteur électrique traditionnel). Il y a beaucoup à dire pour un moteur compact et puissant comme celui—ci – pas seulement pour les aspirateurs et les séchoirs à mains. Cela signifiait également l’utilisation de nombreux outils de conception — une grande partie en utilisant le propre logiciel de simulation de Dyson.
Le rotor du moteur de Dyson est relativement simple — avec seulement deux pôles. Cela simplifie le problème de contrôle et réduit le nombre d’enroulements nécessaires pour créer le motif d’impulsions de champ utilisées pour tirer le rotor rond, ici à plus de 100 000 tr / min. Normalement, les aimants d’un moteur à réluctance commutée sont assez faibles. Ce n’est pas le cas avec le moteur de Dyson, où nous avons fini par utiliser le rotor d’un premier modèle comme aimant de réfrigérateur.
Des aimants plus puissants entraînent un problème de contrôle plus complexe, mais permettent également à Dyson de rendre les moteurs beaucoup plus petits et plus légers. C’est là que le numérique entre en jeu, car résoudre ce problème a nécessité l’utilisation d’un microcontrôleur et d’un logiciel d’écriture standard, plutôt que de développer des circuits de commande spécifiques. À l’aide d’un simple capteur magnétique à effet Hall pour déterminer où se trouve le rotor, le logiciel de contrôle effectue plus de 3 000 ajustements du motif du champ magnétique toutes les secondes.
Mettre un logiciel dans un moteur comme celui-ci est essentiel pour le rendre économique. La conception de votre propre matériel de contrôle est coûteuse, et si vous essayez de développer un moteur à usage général, l’utilisation d’un itinéraire logiciel ajoute de la flexibilité, car vous pouvez modifier le code pour prendre en compte les différentes charges et modèles d’utilisation. Cela signifie que le même module de commande fonctionnera dans un aspirateur, dans un sèche-mains et dans un ventilateur. Vous pouvez également tirer parti de la théorie de contrôle moderne, qui se concentre sur le maintien des systèmes dans des conditions aux limites, plutôt que de mettre en œuvre un modèle de contrôle classique en boucle fermée — qui pourrait facilement devenir instable.
Si la nouvelle conception du moteur est si bonne, cela se voit dans les produits qui l’utilisent, comme le ventilateur chaud + froid. Nous avons testé cela depuis la vague de froid qui a frappé le Royaume-Uni en février et mars de cette année, et lors de la récente vague de chaleur. Il utilise le moteur pour aspirer l’air à travers la base et le pousser à travers un 2.écart de 5 mm qui court tout autour de la boucle ovale en haut. Cela signifie qu’aucune pale de ventilateur ne se salit et ne hochet (ou ne piège vos doigts ou la queue des chats s’ils s’approchent trop).
Le son du moteur est à la fois plus silencieux et plus régulier que l’interférence de battement que vous pouvez entendre avec une pale de ventilateur qui tourne, et c’est un flux beaucoup plus efficace et continu — ce qui signifie que vous avez rarement besoin de le faire tourner à haute altitude, ce qui maintient les choses plus silencieuses. Il est suffisamment silencieux pour être allumé pendant une conférence téléphonique et à basse vitesse, il est suffisamment silencieux pour que vous puissiez oublier que le ventilateur est allumé — en plus de vous garder confortablement au chaud ou au frais.
Si vous utilisez un serveur dans un petit bureau, vous pouvez vous en sortir sans climatisation et si vous travaillez à la maison en hiver, vous pouvez faire fonctionner le Chaud + Froid dans une pièce plutôt que de mettre le chauffage dans toute la maison toute la journée.
Le même nouveau moteur se trouve dans le dernier modèle de l’aspirateur Dyson portatif, le DC44, qui présente une combinaison similaire d’efficacité et de design intelligent. Sur les sols durs, il est difficile de ramasser la poussière fine; l’électricité statique s’accumule au fur et à mesure que vous vous promenez et maintient la poussière accrochée au sol. La barre de brosse sur le DC44 a des filaments de fibre de carbone; ils ne sont pas seulement assez tactiles pour durer plusieurs années, ils déchargent également la charge statique afin que plus de poussière soit aspirée.
Les ordinateurs de poche Dyson ont des cycles de vie de batterie que nous aimerions également voir dans les ordinateurs portables. Nous utilisons l’ordinateur de poche original Dyson Root depuis son arrivée sur le marché à la fin des années 90 et même notre modèle d’origine se recharge toujours et conserve une charge pendant une bonne dizaine de minutes de nettoyage. Comparez cela aux batteries d’ordinateurs portables qui perdent quelques pour cent de leur capacité de charge chaque année et vous pouvez dire que Dyson fait vraiment de la bonne ingénierie.
Le moteur numérique de Dyson est un autre exemple de l’importance des logiciels et des contrôleurs numériques. Alors que nous nous dirigeons vers l’avenir de l’Internet des objets, ce sont des contrôleurs comme celui-ci qui vont fournir des informations qui amélioreront la conception du matériel et des logiciels de contrôle. Il est facile d’imaginer une future version de ces moteurs qui renvoie des données à un service cloud capable de détecter les premiers stades des pannes ou qui peut renvoyer des routines de contrôle optimisées en fonction de l’utilisation de votre appareil.
C’est un nouveau monde courageux quand l’ingénierie électrique traditionnelle se transforme en logiciel.