Digital motors, software, and The rise of the internet of things

Er zijn veel technologieën die de moderne samenleving ondersteunen, van de interne verbrandingsmotor tot de microprocessor. Maar er is er één die nog belangrijker lijkt te worden: de elektromotor.

met de Tesla S die de elektrische auto een zichtbaar alternatief maken, en een elektrisch vliegtuig dat Voor het eerst een transcontinentale vlucht voltooit, maakt de nederige elektromotor weer een spel voor de grote competities. En software speelt een sleutelrol.

WP_20130308_003
een selectie van Dyson digitale motoren (met inbegrip van een prototype besturingsbord) naast een traditionele elektromotor.

het zijn natuurlijk niet alleen de zichtbare motoren. Elektromotoren zijn overal, en in alles. Krachtig en efficiënt, ze zijn in staat om koppel te leveren waar en wanneer we het nodig hebben. Maar er is een nadeel: ze zijn vaak omvangrijk, en de koolborstels gebruikt om te schakelen tussen de spoelen van de rotor van de motor eroderen weg, waardoor een fijn stof. Ze moeten ook koel worden gehouden.ik ben altijd gefascineerd geweest door elektromotoren, en ik heb onlangs Dyson ontmoet om een kijkje te nemen in de nieuwste versie van hun motorontwerp — een waarvan ze zeggen dat het een aanzienlijke verbetering is ten opzichte van de traditionele elektromotor. Het is zeker compact, ongeveer de helft van de grootte van een gelijkwaardige traditionele motor. Het ontwerp bestaat al een tijdje, maar het zit nu in bijna elk apparaat dat Dyson maakt, en het bedrijf heeft een fabriek opgezet om alleen maar motoren te maken.

30-07-2013 12-28-19
Dyson ’s switched relucture motor

Dyson’ s ‘digital’ motor is wat bekend staat als een switched relucture motor. In plaats van de rotor te voeden, heeft een geschakelde weerstandsmotor een magnetische kern — dus als de stroom wordt geschakeld door de spoelen van de stator wordt de magnetische kern rond gesleept om op een lijn te komen met het magnetische veld dat ze genereren. Met meer spoelen dan magnetische polen op de rotor is het mogelijk om een schakelpatroon in de spoelen op te zetten dat de rotor rond trekt. Dat betekent het gebruik van sensoren en complexe schakelcircuits, omdat het besturen van de magnetische velden in de motor de sleutel is tot het leveren van een efficiënte motor.

geschakelde weerstandsmotoren zoals deze kunnen zeer efficiënt zijn, en Dyson beweert dat hun motor 84 procent efficiënt is (vergeleken met 40 procent voor een traditionele elektromotor). Er valt veel te zeggen voor een compacte, krachtige motor als deze — niet alleen voor stofzuigers en Handdrogers. Het betekende ook het gebruik van een heleboel ontwerp tools-veel van het gebruik van Dyson ‘ s eigen simulatiesoftware.

De rotor in Dyson ‘ s motor is relatief eenvoudig — met slechts twee polen. Dat vereenvoudigt het besturingsprobleem en vermindert het aantal wikkelingen die nodig zijn om het patroon van veldpulsen te creëren die worden gebruikt om de rotor rond te trekken, hier bij meer dan 100.000 toeren per minuut. Normaal gesproken zijn de magneten in een geschakelde weerstandsmotor vrij zwak. Dat is niet het geval met Dyson ‘ s motor, waar we uiteindelijk met behulp van een vroege model rotor als koelkastmagneet.

WP_20130730_003
de magnetische rotor van een van Dyson ‘ s motoren. We gebruiken deze als koelkastmagneet.

krachtigere magneten betekent een complexer regelprobleem, maar laat Dyson ook de motoren veel kleiner en lichter maken. Daar komt het digitale bij kijken, want het oplossen van dat probleem betekende het gebruik van een kant-en-klare microcontroller en schrijfsoftware, in plaats van het ontwikkelen van specifieke besturingscircuits. Met behulp van een eenvoudige Hall effect magnetische sensor om te bepalen waar de rotor is, maakt de besturingssoftware moe dan 3000 aanpassingen aan het magnetische veld patroon elke seconde.

software in een motor als deze krijgen is de sleutel om het economisch te maken. Het ontwerpen van uw eigen besturingshardware is duur, en als u een motor voor algemeen gebruik probeert te ontwikkelen, voegt een softwareroute flexibiliteit toe — omdat u de code kunt aanpassen om rekening te houden met verschillende belastingen en gebruiksmodellen. Dat betekent dat dezelfde besturingsmodule werkt in een stofzuiger, in een handdroger en in een ventilator. U kunt ook profiteren van de moderne besturingstheorie, die zich richt op het houden van systemen binnen randvoorwaarden, in plaats van het implementeren van een gesloten loop klassieke besturingsmodel — die gemakkelijk onstabiel kan worden.

als het nieuwe ontwerp van de motor is zo goed, dat uit te laten zien door in de producten die het gebruiken, zoals de Hot + Cool ventilator. We hebben dit Getest sinds de bitterkoudheid die het Verenigd Koninkrijk trof in februari en maart van dit jaar, en in de recente hittegolf. Het gebruikt de motor om lucht in te zuigen door de basis en duw het uit door middel van een 2.5mm spleet die rondom de ovale lus aan de bovenkant loopt. Dat betekent dat er geen ventilatorbladen vuil en rammelen (of val je vingers of de staart van de katten als ze te dichtbij komen).

het geluid van de motor is zowel stiller als regelmatiger dan de beat — interferentie die je kunt horen met een ventilatorblad dat rond gaat, en het is een veel efficiëntere en continue flow-wat betekent dat je het zelden op hoog hoeft te draaien, waardoor de dingen stiller blijven. Het is stil genoeg om aan te gaan tijdens een conference call en bij lage snelheden is het stil genoeg dat je kunt vergeten dat de ventilator aan staat — behalve dat het je comfortabel warm of koel houdt.

Als u een server in een klein kantoor draait, kunt u wegkomen zonder airconditioning en als u ‘ s winters vanuit huis werkt, kunt u de warm+koel in één kamer draaien in plaats van de verwarming in het hele huis de hele dag aan te zetten.

dezelfde nieuwe motor is in het nieuwste model van de handheld Dyson vacuüm, de DC44, die een vergelijkbare combinatie van efficiëntie en slim ontwerp heeft. Op harde vloeren is het moeilijk om fijn stof op te pikken; statische elektriciteit bouwt zich op terwijl je rondloopt en houdt het stof vast aan de vloer. De borstelstang op de DC44 heeft koolstofvezel filamenten; ze zijn niet alleen aanraking genoeg om meerdere jaren mee te gaan, ze ontladen ook de statische zodat er meer stof wordt opgezogen.

De Dyson handhelds hebben batterijlevenscycli die we ook graag in notebooks zouden zien. We gebruiken de originele Dyson Root handheld sinds het op de markt kwam in de late jaren 90 en zelfs ons originele model laadt nog steeds op en houdt een lading voor een goede tien minuten van het schoonmaken. Vergelijk dat met laptopbatterijen die elk jaar een paar procent van hun laadcapaciteit verliezen en je kunt zien dat Dyson echt goede engineering doet.

Dyson ‘ s digitale motor is een ander voorbeeld van het belang van software, en van digitale controllers. Terwijl we de toekomst van het Internet der dingen ingaan, zullen controllers als deze informatie verschaffen die het ontwerp van hardware en besturingssoftware verbetert. Het is gemakkelijk om je een toekomstige versie van dergelijke motoren voor te stellen die gegevens terugstuurt naar een cloudservice die de vroege stadia van storingen kan detecteren, of die geoptimaliseerde besturingsroutines kan terugsturen op basis van uw apparaatgebruik.

Het is inderdaad een dappere nieuwe wereld wanneer traditionele elektrotechniek verandert in software.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.