Прототип, в котором используется электротехническая сталь с более высоким содержанием кремния, что снижает потери энергии, был разработан в рамках совместной работы Александра Гудолла, докторанта кафедры материаловедения и инженерии, постдокторанта UW-Madison Фну Нишантхом и их консультантов, профессоров Йена Тодда и Эрика Северсона.
Прототип состоит из статора - объекта круглой формы с зубцами, на которые наматываются провода для создания магнитного поля. Наибольшее отличие прототипа от традиционных статоров заключается в самих зубцах: они имеют сложный дизайн из тонких геометрических линий, призванных снизить потери энергии.
Сотрудничество было инициировано Александром Гудоллом, когда он встретил Нишантха на конференции в 2020 году и понял, что у них есть все необходимое для реализации этого проекта: Шеффилд располагал доступом к технологии печати, позволяющей воплотить в жизнь знания Мэдисонского университета в области создания нетрадиционных двигателей.
Гудолл из Шеффилдского университета предложил концепцию, спроектировал, разработал и изготовил статор, в то время как исследователи из Висконсина провели всесторонние испытания, показавшие улучшение плотности крутящего момента.
Когда напечатанный прототип был протестирован в октябре 2022 года, оказалось, что он дает больший крутящий момент, чем можно было предположить, когда используется меньшее количество материала. "Когда масса на 30% меньше, можно было бы ожидать, что крутящий момент также будет меньше... но этого не произошло, - сказал Нишантх. - Таким образом, это говорит о том, что в этой машине действительно будет достигнуто чистое улучшение плотности крутящего момента, и если мы сможем еще больше улучшить это, то (создание более эффективного 3D-печатного электродвигателя) станет переломным моментом в игре".
Традиционо статоры в электродвигателях набираются из штампованных пластин электротехнической стали с 3% содержанием кремния в составе, что "приводит к большим потерям энергии и снижению КПД", отмечается в пресс-релизе. Сплав электротехнической стали с 6,5% кремния, рекомендованный Министерством энергетики США, снижает потери энергии, но является более хрупким и хуже выдерживает традиционный процесс штамповки.
При 3D-печати нет необходимости прикладывать большое давление при штамповке и тонкий рисунок на небольшом 10-киловаттном прототипе статора может быть напечатан за 20 часов.
Как отметил Гудолл: "Этот проект показал, какой большой потенциал имеет аддитивное производство для электрических машин: легкие и эффективные конструкции, которые никогда ранее не были возможны при использовании других технологий производства. Было очень приятно работать с командой WEMPEC (всемирно известной исследовательской группой по силовой электронике и электрическим машинам, расположенной в UW-Madison), чтобы воплотить эту идею в жизнь".
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение