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探秘:戴森引以为傲的核心——马达

2018-09-12 15:38 来源:未知

从戴森成立至今,吸尘器、空气净化风扇、吹风机、烘手器、智能吸尘机器人,一款款产品被推出,或惊艳或神奇。细心的人会发现其中一个奥秘:所有的产品都是围绕马达而出现的。就像发动机之于汽车,一定是最为核心的部件。

换句话说,戴森的马达技术是其最核心的竞争力。

一颗小小的马达也许看似平凡无奇,但对于戴森而言,它是所有产品完成各项工作跳动的心脏。有了马达,戴森才能为消费者创造出与众不同的优质产品。

戴森的马达到底有多厉害?

2018年3月,戴森在中国发布全新戴森Cyclone V10 TM无绳吸尘器,由戴森最先进的马达技术(发明专利,专利号: ZL201280041747.0)驱动。

全新戴森V10数码马达的体积和重量几乎只有其前代马达产品V8数码马达的一半,重量由原来的V8数码马达的225g降至125g,而传统的吸尘器的马达重量一般在800g。同时,V10也是戴森转速最快和动力最强劲的数码马达,其转速也由原来的每分钟107,000转达到了现在的每分钟125,000转,而传统的马达转速仅有41,000转而已。马达的升级同时也让集尘功率从原来的115AW达到了现在的130AW,整整15AW的提升。

每分钟高达125,000转的转速意味着什么?大部分无绳吸尘器使用的是传统的有刷直流马达,一般每分钟可旋转 25,000 次。更形象的对比是,百公里加速仅3.5秒的特斯拉MODEL S P85电动汽车的电机转速也不过是每分钟15,480转,仅仅是戴森V10数码马达的八分之一。可想而知,如果将戴森的V10数码马达技术移植到电动汽车上,那样的电动汽车加速将会有多快。

 重金投入不断迭代

冰冻三尺非一日之寒,戴森V10数码马达能实现每分钟125,000转也并非一气呵成,它经历了多年的研发迭代。大约20年前,詹姆斯·戴森决定要开发自己的马达。在当时,这个想法很激进。因为传统的吸尘器制造商都是从第三方供应商那里购买马达,然后将重心放在产品的其他领域。但是,传统马达的缺点是很明显的:它们的体积和重量往往过于庞大笨重,效率低下,且容易磨损需要替换碳刷。

詹姆斯·戴森意识到马达是吸尘器产品的核心,而且只有通过提升马达技术才能进一步提升吸尘器的产品竞争力。

就这样,戴森的12人工程师团队花费了将近五年时间终于开发出了第一台切换式磁阻数码马达——X21,它用在了日本市场销售的DC12气旋吸尘器上。

但是,第一代数码马达X21马达仅仅是一个开端。发展到第六代、第八代和第九代,戴森数码马达的每分钟旋转次数已可达110,000转。随后,戴森在马达研发上的投入可以用不遗余力来形容。

自1999年以来,戴森在马达研发方面的投入已经超过2.5亿英镑。最初的切换式磁阻马达演变成无刷直流马达,不仅体积更小,而且提供的功率密度更高。这使得马达能够嵌入无绳真空吸尘器和吹风机的手柄。

如今,全球有130多名工程师在戴森从事马达开发,这些工程师来自不同的专业领域,涵盖马达设计的各个方面。

截至目前,戴森数码马达专利和申请中专利的数目已达到260多项。

精准制造细致入微

就像专题的标题“科技,不止于更好”一样,戴森在马达技术上的研发没有自满而停滞不前,它仍在不停地进步:随着戴森马达变得越来越小,越来越轻且越来越强大,在几乎所有需要将电能转化为机械动作的应用中,戴森数码马达都能够发挥优势。 

由于戴森马达所允许误差特别小,即使是最灵巧的人手也不够精确,所以在马达的生产过程中,机器人承担了大部分制造工作。以使用戴森第九代数码马达为例,它嵌入戴森Supersonic吹风机的手柄中时,叶轮片与马达外壳之间的间隙仅为70微米或0.007厘米。

《艾肯家电》此次探访的新加坡先进制造基地(简称SAM)正是这样一座由机器人承担大部分工作的基地。同时,它也是戴森在新加坡设立的第一家先进的全自动化制造基地。West Park是戴森在新加坡的数码马达(简称DDM)制造工厂,它代表了高水准的精准制造。

新加坡先进制造基地于2012年投入运营,雇有800名员工。其生产线充分利用新加坡在先进自动化生产方面的专长,由机器人制造高速电动马达,自动化生产线每2.5秒即可制造完成一个戴森数码马达。与此同时,人工智能令机器人可相互学习。因此,设立新生产线后,机器人彼此学习,智能地进行自我纠正,确保以最佳效率制造马达。机器人的智能软件系统每秒会发送3,500次数字脉冲,用来调节戴森第九代数码马达内叶轮的位置。

在新加坡的数码马达制造工厂的生产线上,有300多台自动机器人组装每一个数码马达。组装完成后,马达运送到马来西亚供应商处进行最终组装,生产出戴森的无绳吸尘器、戴森Airblade干手器等产品。戴森正是凭借其优质马达的生产能力,才能生产出V10无绳吸尘器、Supersonic吹风机、Airblade干手器等高性能表现的产品,在市场上脱颖而出。

截至目前,戴森的数码马达总产量已超过4000万台,仅2016年就生产了900万台戴森数码马达。

上文提到,戴森V10数码马达的转速高达每分钟125,000转。在很多人看来,125,000转就是个看上去很快代表了转速的数字,但对于工程师来说,要实现这一转速,或者说打破上一代的记录,则要考虑更多方面。从原材料甄选到性能、耐久性等测试,戴森工程师们需要经过无数次的推敲。

首先,戴森第十代数码马达V10需要能够应对高达125,000rpm转速便需要一根轻便且坚固的传送轴。一开始,戴森的工程师选用了钢的材质,但实验过程中发现极易出现错误。钢轴心可实现的弯曲度为2-3微米,虽然偏差极小,但却会造成破坏性振动,影响产品性能。最终,戴森的工程师采用了陶瓷材质。在1,600摄氏度下,陶瓷的硬度是钢的三倍,但密度仅为其一半。这一突破,使得V10吸尘器的重量也由V8的2.63kg降低至2.58kg,续航由40分钟提升至60分钟。对产品迭代来说,这是质的飞跃。

同样,叶轮所使用的材料也是经过了严苛的全球遴选过程。戴森一贯坚持的是只选用最佳材料。经过努力,戴森终于找到了能够经受住戴森数码马达超凡速度的终极考验的聚醚醚酮(P.E.E.K.)与碳纤维复合材料。据了解,这种材料通常用于高强度活塞和卫星系统可以令空气顺畅流动。要知道,叶轮片在戴森第九代数码马达内的运行速度可高达335英里每小时(约为536千米每小时)。要知道,战斗机起飞的速度不过是350公里每小时。

此外,在戴森第九代数码马达叶轮上的叶片数量的增减上,工程师们也是独具匠心。传统马达会使用11个叶片,戴森工程师们研究发现,增加2个额外叶片后将马达产生的其中一个声音频率调协到人类听觉范围之外,能让机器更具有声学愉悦感。由此可见,戴森工程师们对产品细节的推敲和用户极致体验的满足上精益求精的态度。

为了最新一代无绳吸尘器电机提供动力的戴森第八代数码马达,整个研发过程进行的测试耗时达到了500,000小时,为的是充分保障用户在使用过程中的稳定性。

研以致用不断进步

归根结底,戴森在马达技术上的专研最终都是为了将成果展现在产品上。而从戴森旗下几款拳头产品也可以看出,戴森马达所赋予的能量。

以戴森Supersonic™吹风机为例,戴森用了4年时间,花费5,000万英镑了解了头发的相关科学和市面上现有吹风机所存在的问题,目的是找到一种更好的设计方式,制造出一款静音、快速、轻便又智能的吹风机。和所有革命性的戴森技术的角色一样,戴森领先的数码马达技术正是戴森出色性能的关键所在。与部分传统吹风机所用马达相比,戴森第九代数码马达的转速是原来的8倍,重量却减轻了一半。

以戴森Pure Cool™空气净化风扇为例,这款净化风扇是一款将净化与冷风扇结合起来独特产品,也是唯一一款具有摆动功能的空气净化器。冬季使用戴森Pure Cool™空气净化风扇可优化屋内的空气质量,保障家人的健康;夏季使用还能兼享冷风扇的功能,轻松拥揽惬意舒适。该设备会自动净化去除它在室内检测到的各类污染物,同时向Dyson Link应用程序实时汇报室内外的空气质量。

戴森V10无绳吸尘器则是以戴森有史以来最好的吸尘器为目标,戴森工程师结合全新的直线气流机身结构和全新专利气旋技术[发明专利,专利号:ZL201280029566.6],开发出了拥有业内领先强大吸力的戴森V10无绳吸尘器。它由戴森内部最强大的马达技术提供动力,升级后的电池则可保证设备的运行时间足够完成整个家居的清扫工作,省去电源线带来的种种麻烦。

《艾肯家电》新加坡一行除了参观了新加坡先进制造基地以外,还参观了位于新加坡新创企业社群的中心区,毗邻大学和新加坡中央医院的新加坡技术中心。

戴森在新加坡技术中心的重点实验室着力研究未来项目、软件、声学及流体动力学。该中心配合戴森在全球的其他研发中心可实现24小时研发,马姆斯伯里和东南亚研发中心的工程师也可紧密合作,更快推进创新想法的实现。

新加坡技术中心的职能是重点研究互联技术和智能设备,同时研究未来技术领域。戴森的技术产品日益依赖于软硬件协同工作,且为支持这一模式,中心将提供新实验室、研发空间及24小时测试能力。

最后,相信很多人都会有一个疑问:下一个搭载戴森马达的全新产品会是什么?2017年,戴森创始人James Dyson通过邮件向全球员工宣布,戴森开始研发电动车,并计划在2020年上市。对于这项新事业,他承诺将投资20亿英镑。电动车。

戴森作为一家科技公司,从其分布全球的技术中心的智能分工可以看出,它关注的点不仅仅是产品整体,而是遍布各个领域的深入的技术细节。例如在流体力学、电机马达设计、电池技术等领域都有着非常深厚技术积累,这些东西实际上都是研发制造电动汽车必要的技术基础,所以我们会发现电动汽车的技术重点与戴森所已有的技术高度吻合。

所以,NEXT,Dyson Electric Vehicle(下一个,戴森电动汽车)。

责任编辑:资讯报道

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