减少碳排放！具自动化批产潜力！新一代3D打印电机提高45%的功率密度

| 3DScienceValley · 2024/01/21

根据3D科学谷《导电材料的增材制造及全篇总结 l 3D打印+拓扑优化=下一代电机》一文，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。

Alvier Mechatronics推出了iDS RX 牵引电机，采用基于 SMC 的定子设计，由 Alvier Mechatronics 使用 Höganäs AB 的新型粉末基软磁复合材料 (SMC) 进行设计。通过与Additive Drives合作，将3D打印发夹设计应用到这款采用 SMC 定子铁芯的创新电机中。使用SMC材料的定子铁芯可显着减少二氧化碳排放量，并具有出色的批量生产自动化潜力。

3D打印电机绕组
© Additive Drives

Additive Drives的3D 打印电动汽车电机：功率密度可进一步提高 45%，设计自由度更高，上市时间更快！

iDS RX 牵引电机的诞生

设计和优化：一旦确定了最佳候选机器，Alvier Mechatronics就会进行更详细的热和机械分析。同时，在CAD中进行设计和建模，通常使用 Creo 或 Solid Works建模软件。在电磁方面，详细分析可以包括退磁分析、趋肤损耗和邻近损耗分析，Alvier Mechatronics提供效率和性能的优化。

验证和测试：Alvier Mechatronics采用组装好的电机原型并进行测试和验证。从几何尺寸、相电阻、相电感和绝缘测试等基本观察开始，然后通过 BEMF 和静态扭矩测试来进行表征，最后，经过全面测试，以验证峰值和连续性能以及效率。

从车辆驾驶循环规范开始，Alvier Mechatronics定义了电机、逆变器和变速器组合的设计空间，并使用电气化动力总成优化流程 (ePOP) 生成和评估这些组合，结合应用成本、可持续性、重量和效率等指标来确定将开发哪种机器和系统组合作为原型。

根据3D科学谷，让铜的填充率更高，3D打印在这方面具备独特的优势。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。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。

在该项目中，Alvier Mechatronics 和 Additive Drives 联手将3D打印发夹设计应用到采用 SMC 定子铁芯的创新电机中。使用 SMC 材料的定子铁芯可显着减少二氧化碳排放量，并具有出色的批量生产自动化潜力。

不仅仅是绕组

根据3D科学谷，3D打印-增材制造电机（EM）似乎只是时间问题。预测在未来几年内原型拓扑优化电机组件的3D打印将急剧增加，最有可能集中在3D打印机器绕组、热交换器和同步转子上。

与传统制造相比，使用 3D 打印电机有哪些优势？

l 设计自由

很简单，卓越的设计意味着卓越的电机。3D 打印使得能够测试和增强重要的属性，例如热性能、绕组拓扑、绝缘材料等。最终，与传统制造相比，功率密度可提高 45%。

l 快速上市并降低单位成本

无论是轴向磁通电机还是磁通电机，通过 3D 打印，还可以提供任意数量的定制电动机。尤其是对于要求高但数量少的电机制造来说，3D打印让设计与制造变得简单。

创新的材料也非常重要，根据3D科学谷的市场了解，Additive Drives与材料制造商大金化学建立了战略合作伙伴关系，开发 PFA 等初级绝缘材料，并且即将推出更多初级绝缘材料，以实现更薄的绝缘材料、更好的油相容性和更长的使用寿命，从而提高电机的效率。

Additive Drives还在设计新的电线技术，包括专利 NextPin 技术，该技术可显着降低交流损耗。其背后的理念是一种创新的导体技术，例如，通过在汽车中使用 NextPin 技术，长途旅行可节省高达 50% 的能源。

为了处理 NVH（电机振动噪声），优化定子接线并创建正弦气隙场非常重要。这种电路背后的努力通常与传统生产中的高成本相关。在这方面，3D科学谷了解到Additive Drives的创新流程可以轻松解决这个问题。减少 NVH 问题不仅可以降低噪音水平，还可以提高使用寿命和效率。

转子和定子是电机应用的重要零件,国内方面，2023年TCT 亚洲展期间，铂力特展示了新方案六激光金属3D打印设备BLT-S400制造的满版转子定子。单件转子尺寸为39mm×39mm×20mm，单件定子尺寸为46mm×46mm×20mm，满版可成形27个转子和27个定子。3D打印的转子定子一致性高，在保证成形效率的同时兼顾成形质量。

此外，3D打印电机外壳是有意义的，因为特殊的几何形状有助于优化冷却，通常使用铝合金。