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3D打印銅在電動汽車、電動摩托、牽引電機(jī)方面的案例

魔猴君  行業(yè)資訊   1681天前

人氣 1644

點擊:魔猴3D打印銅合金物性表

未來的驅(qū)動任務(wù)-無論是在工業(yè)領(lǐng)域還是交通領(lǐng)域-都對各個組件提出了很高的要求。電動機(jī)的經(jīng)典制造工藝很快達(dá)到了極限。基于傳統(tǒng)的制造工藝,優(yōu)化的幾何形狀通常是不可能的,結(jié)果是設(shè)計者在性能和效率上痛苦折衷。通過3D打印制造銅線圈解決了這個問題,而且電動機(jī)中較高的銅含量可減少損耗并改善繞組的熱耦合。

來源:Additive Drives

更隨形的繞組,更高的性能

市場上,德國Additive Drives公司通過3D打印增材制造電動機(jī)定子繞組,并有望顯著改善零件性能。電動機(jī)的最大輸出功率由于其預(yù)熱而受到限制,例如由于允許的繞組溫度而受到限制。通常有兩個提高功率限制的杠桿:首先,以相同的功率減少損耗,其次,改善散熱。繞組的設(shè)計在這里起主要作用,因為它是主要的熱源。經(jīng)典的圓線繞組有許多限制:銅導(dǎo)體,繞組工藝和槽口幾何形狀必須匹配。彼此纏繞的導(dǎo)體形成牢固的圖案。此外,圓形導(dǎo)線(經(jīng)典的導(dǎo)體形狀)在幾何形狀上與梯形凹槽的配合不佳。結(jié)果是,每個凹槽都被銅填充了一半,從而形成了空隙。相對較小的導(dǎo)體橫截面可確保較大的電熱損耗。

德國Additive Drives公司通過3D打印實現(xiàn)了更高的自由度,通過基于粉末床的SLM選區(qū)金屬3D打印工藝,使得凹槽中的銅含量更大。從物理上講,這意味著匝的最大橫截面和較小的電阻。而通過3D打印所實現(xiàn)的可變的形狀還有利于散熱,因為每條電線都與線圈的所謂疊片鐵芯熱接觸,因此沒有熱點。

 賽車引擎

l 帶3D打印電動機(jī)定子繞組的賽車引擎

帶3D打印電動機(jī)定子繞組的賽車引擎。來源:Additive Drives

幾何形狀完美匹配的線圈可最大程度地提高銅填充率

用于直流電壓800 VDC

從繞組到疊片鐵心的強(qiáng)制傳熱可防止熱點形成

可變導(dǎo)體厚度以減少電流位移

為獲得最佳性能而開發(fā)


帶3D打印電動機(jī)定子繞組的賽車引擎。來源:Additive Drives

 電動車馬達(dá)

l 適用于電動自行車的3D打印單線圈

3D打印電動自行車的銅線圈。來源:Additive Drives

特殊功能:電動機(jī)是軸流機(jī)(非常規(guī)電動機(jī)設(shè)計)

通過調(diào)整匝數(shù)來完美協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)矩行為

可調(diào)整應(yīng)用于不同類別的電動自行車

最大的靈活性,無需工具調(diào)整


3D打印電動自行車的銅線圈。來源:Additive Drives

牽引傳動

l 3D打印牽引電機(jī)的發(fā)夾式繞組

帶3D打印電動機(jī)定子繞組的賽車引擎。來源:Additive Drives

發(fā)夾繞組是電動機(jī)領(lǐng)域中的一項新技術(shù),矩形銅棒代替了纏繞的銅線。該過程比傳統(tǒng)的繞線電機(jī)更易于自動化,并且在汽車領(lǐng)域特別受歡迎,因為它可以大大縮短制造時間。3D打印極其用于快速的原型制造,能夠?qū)y量結(jié)果實時反饋到仿真中,從而確保了所需的操作性能并提高了質(zhì)量保證。

 Review

由于銅的導(dǎo)熱性和反射性極佳,這使得銅金屬在3D打印機(jī)內(nèi)部難以操作。雖然當(dāng)前選擇性激光熔化(SLM)3D打印技術(shù)可以用于制造銅金屬粉末材料。但是銅金屬在激光熔化的過程中,吸收率低,激光難以持續(xù)熔化銅金屬粉末,從而導(dǎo)致成形效率低,冶金質(zhì)量難以控制等問題。此外,銅的高延展性給去除多余粉末這樣的后處理工作增加了難度。

亞琛增材制造中心ACAM的研發(fā)成員之一Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光研究所推出了“SLM綠色”解決方案,當(dāng)前的粉末床激光熔化技術(shù)所采用的激光器通常在光的紅外光譜范圍內(nèi)運行,這就是為什么銅的低吸收率會發(fā)生,而且光的能量不能有效地熔化銅金屬。純銅從電子束熔融工藝中吸收80%的能量,而在紅外激光束中僅吸收2%的能量,激光成為銅金屬打印的突破點。

德國通快在2020年的TCT亞洲增材制造展會上特別展示了綠光銅3D打印技術(shù)。隨著激光器的發(fā)展,3D打印銅的應(yīng)用走向了良性的發(fā)展趨勢,根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察,在定子繞組的3D打印方面,由于節(jié)省了纏繞工具,通過3D打印可以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)多達(dá)500臺以下的小批量電動機(jī)定子繞組。更低的線束電阻,更少的損耗,更短的繞組頭,所有這些都增加了電動機(jī)的價值。

3D打印的電動機(jī)定子繞組目前可以承受的電流極限約為1兆瓦,不過對于商業(yè)化前景來說,目前專注于功率在100 kW左右的功率范圍更為合適,因為這在汽車牽引電機(jī)中很常見。


來源:3D科學(xué)谷

   
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