亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”在科隆与福特合作开设电动机研究基地

| 3DScienceValley · 2022/10/25

根据3D科学谷《福特携手亚琛工大开发灵活而可持续的3D打印电动机零部件》一文，福特与蒂森克虏伯系统工程，亚琛工业大学DAP学院一起，在一条生产线上开发灵活而可持续的电动机零部件生产。该项目的名称是HaPiPro2，指的是发夹技术。发夹绕组是电动机领域中的一项新技术，矩形铜棒代替了缠绕的铜线。该过程比传统的绕线电机更易于自动化，并且在汽车领域特别受欢迎，因为它可以大大缩短制造时间。

该项目的最新进展是亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”（PEM）组织与福特在科隆的福特工厂合作了一个新的 1,000 平方米的电动机研究场地。

电动机研究
© 福特

3D打印为电机开发注入新活力

根据3D科学谷，在电机中，导电材料用于以最小的焦耳热维持电机内的电流。这些损耗主要发生在电机电磁铁循环通电的定子绕组内。与焦耳损耗相关的主要本征材料特性是电导率或其倒数 – 材料电阻率。对用于电机导体制造的 AM 增材制造方法的兴趣是双重的：首先，AM增材制造有助于以具有成本效益的方式制造新型高性能绕组轮廓，其次，它能够将机电组件集成到多材料组件中。

在关于电动汽车的公开讨论中，很多焦点都集中在电池上——然而与电池一样重要的电动机几乎被遗忘了。电动机是电动汽车的核心重要部件，从发夹式绕组生产到组装过程，再到激光焊接以及浸渍和绝缘的所有工艺步骤，HaPiPro2项目项目的目的是使以前复杂的电动机生产在未来显着降低成本，从而缩短其上市时间。

作为由北莱茵-威斯特法伦州经济事务和气候保护部资助的总金额为 530 万欧元的“HaPiPro2”项目的一部分，HaPiPro2项目正在研究如何进一步开发该方法，以便在单个生产线上高效生产不同型号的电动机。3D打印适用于快速的原型制造，能够将测量结果实时反馈到仿真中，从而确保了所需的操作性能并提高了质量保证。

根据3D科学谷，目前主要有四种途径加工铜金属，一种是PBF金属3D打印技术类别中的EBM电子束熔化金属3D打印技术；一种是PBF金属3D打印技术类别中的L-PBF激光选区熔化金属3D打印；一种是BJ粘结剂喷射金属3D打印；第四种是FDM挤出式3D打印，不过根据3D科学谷的市场研究，当前FDM挤出式3D打印铜合金的电导率还不足以满足电机的应用。而HaPiPro2目前采用的技术是L-PBF激光选区熔化金属3D打印。

3D打印为电机开

福特的任务将是在发夹技术领域开发基于激光的应用程序，并研究用于过程控制的人工智能。亚琛工业大学数字增材生产DAP学院为该项目增加了3D打印领域的专业知识。

根据3D科学谷，电动汽车的电动机定子绕组的开发通常是众所周知的瓶颈，3D打印几乎无需模具就可以避免这种开发障碍。由于传统的生产涉及复杂的弯曲和焊接过程，3D打印带来的时间节省尤其是在所谓的发夹式绕组上得到了回报。

电动机的最大输出功率由于其预热而受到限制，例如由于允许的绕组温度而受到限制。通常有两个提高功率限制的杠杆：首先，以相同的功率减少损耗，其次，改善散热。绕组的设计在这里起主要作用，因为它是主要的热源。

经典的圆线绕组有许多限制：铜导体，绕组工艺和槽口几何形状必须匹配。彼此缠绕的导体形成牢固的图案。此外，圆形导线（经典的导体形状）在几何形状上与梯形凹槽的配合不佳。结果是，每个凹槽都被铜填充了一半，从而形成了空隙。相对较小的导体横截面可确保较大的电热损耗。

让铜的填充率更高，3D打印在这方面具备独特的优势。在这方面，市场上熟知的L-PBF选区激光金属熔化3D打印技术以及Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术是目前最为主的应用技术。

科隆的电机研究中心共雇佣了 76 名研究人员、33 名非科学员工和 130 多名学生助理。福特的科隆新工厂在研究和工业之间的跨学科合作方面设立了新标准，以加快电动机部件的生产速度：在一条生产线上生产不同电动机型号，这将在未来为节约原材料和能源以及减少浪费做出重大贡献。

新能源汽车的电机定子绕组将在新的研究设施中制造，旨在帮助电动机的整个生产过程更加灵活、高效和可持续。除了亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”（PEM）组织和福特，该研发项目还包括蒂森克虏伯、Berg Spanntechnik、AMS Anlagenbau 和总部位于亚琛的 ENGIRO 公司以及 RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造学院。

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