Nové vynálezy na trhu elektrických spotřebičů

neděle 18. říjen 2009 13:51

Britský průmyslový konstruktér James Dyson na veřejnosti známý mj. jako vynálezce cyklónového vysavače uvedl na trh ventilátor nové generace. Vzduch je vyfukován rychlostí až 27m/sec přes prstencovitou spáru v mezikruží, které u normálních ventilátorů slouží jako ochranný kryt pro vrtuli a strhává přitom asi 15x větší objem vzduchu, čímž se současně zpomaluje, takže nezpůsobuje průvan. Ventilátor se snadno čistí, umožňuje plynule regulovat proud vzduchu a protože neobsahuje viditelné rotující části, je zcela bezpečný i pro malé děti. Za zvýšený komfort si ovšem řádně připlatíte: cena ventilátoru je prozatím několikrát vyšší, než u klasických modelů.

Princip funkce nového ventilátoru Jamese Dysona

James Dyson je na veřejnosti znám svými nekonvenčními přístupy ke konstrukci výrobků denní spotřeby, diky kterým je považován za novodobého Edisona. Minulý rok např. uvedl na trh nový model reluktančního motoru X020 pro vysavače, který pracuje při 104.000 otáčkách/min s účinností až 80% - což je téměř třikrát více, než současné vysavače. Tento motor je použit i v novém ventilátoru, kterému tím uděluje tichý, ale trochu nepříjemný pištivý zvuk malé letecké turbíny. Na obrázku dole James Dyson srovnává rotor nové pohonné jednotky a klasického vysavače.

Zdánlivě nepatrný kompresor s minimem pohyblivých součástek přitom dokáže za vteřinu přečerpat 30 litrů vzduchu s tlakovou ztrátou 1/3 atm, tj. asi o třetinu nižší, než u ostatních vysavačů na trhu. Lopatky rotoru byly navržen za pomocí počítače a 3D tiskárny a při práci se pohybuji téměř rychlostí zvuku - což je hlavní konstrukční omezení rychlosti otáček z důvodu omezení hluku čili akustických emisí, jak se dnes odborně říká. Rotor nového motoru tvoří váleček neodymového magnetu o celkové váze pouze 90 gramů a přepínání magnetického pole ve statoru zabezpečuje polovodičová elektronika.

Nová pohonná jednotka Dysonových vysavačů je integrována s kompresorem

Motor totiž nemá mechanický komutátor s hlučnými a nespolehlivými uhlíkovými kartáčky, které se za 300 - 600 hodin provozu u běžných vysavačů opotřebují. Jejich funkci přebírá integrovaný obvod s IGBT tranzistory. Insulated Gate Bipolar Transistor, čili zkráceně IGBT je nový model spínacího tranzistoru, který kombinuje výhodné vlastnosti bipolárních a unipolárních tranzistorů: možnost řízení napětím a nízký odpor v sepnutém stavu. Na rozdíl od tyristoru se IGBT umí vypnout sám - nemusí čekat, až proud klesne sám pod prahovou hodnotu - ale je výrobně náročnější a tak se dosud používá pro menší zatížení, zatímco tyristory jde zvětšovat prakticky libovolně. Z domácích spotřebičů se tranzistory IGBT používají ještě např. v indukčních vařičích, kterým věnuji některý z dalších příspěvků.

Schéma reluktančního motoru

Reluktanční motor svuj název získal od pojmu „reluktance“, čímž se označuje magnetický odpor v uzavřeném magnetickém obvodu, který odpovídá ohmickému odporu v elektrického obvodu. Výhodou je, že rotor motoru nemusí obsahovat měděné vinutí, čímž kromě úspory mědi a jednodušší konstrukce odpadá nutnost vyvažování rotoru a motor tak může dosahovat obrovských otáček. Také účinnost tohoto motoru může dosahovat mnohem vyšších hodnot, neboť se vlivem magnetického pole rotoru ve statorovém vinutí neindukuje žádné protinapětí za předpokladu, že v konstrukci byl omezen účinek vířivých proudů.

James Dyson srovnává rotor nové pohonné jednotky a klasického vysavačeMotor throwing a wobbly

Pokud se do statorového vinutí přivede proud, vznikne na pólech statoru magnetické pole, které působí na póly rotoru tak, aby se minimalizovala reluktance magnetického obvodu. Přitom je důležité, aby  proud byl přiveden do statorových cívek ve vhodném okamžiku a pak zase ve správným okamžiku vypnut, proto je třeba průběžně detekovat přesnou polohu pólů rotoru vůči statoru. Za tímto účelem se v současných typech reluktančních motorů používají rychlá čidla polohy na principu optických závor nebo Halových sond a k výkonovému řízení se používá tzv. nesymetrický můstek, řízený mikroprocesorem. Dyson umožňuje řídící software svých pohonných jednotek aktualizovat přes internet podobně, jako výrobci mobilů firmware mobilních telefonů.  Reluktanční motory trpí vyšší hlučností, protože se vůči sobě pólové nástavce rotoru vzájemně deformují (viz animace vpravo), což v Dysonově konstrukci chráněné šesti patenty částečně eliminuje měkká konstrukce tzv. plovoucích ložisek.  

Creative Commons License
Blog, jehož autorem je Milan Petřík, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko.

Milan Petřík