Уральские ученые научились печатать прототипы магнитов для двигателей электрокаров

Специалисты кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов Уральского федерального университета разработали технологию 3D-печати магнитных систем, в том числе компонентов автомобильных электродвигателей. Ученые уже напечатали небольшие образцы и планируют печатать большие магнитные системы. Исследование поддержал Росатом: ожидается, что топливная компания Росатома «ТВЭЛ» внедрит аддитивное производство роторов электродвигателей, сообщает пресс-служба вуза.

«Мы пошли по пути тестирования наших разработок на существующих двигателях, поэтому начали с малого: напечатали магниты для компьютера, заменили ими существующие. Проверили — работает. Сейчас мы отрабатываем печать роторов и статоров для электродвигателей. В оригинальной конструкции используются ферритовые магнитные системы, которые достаточно большие. Вместо магнитной системы и отдельных ферритов мы печатаем небольшие магниты, которые заменяют собой всю эту магнитную систему. В результате ширина двигателя уменьшится в полтора раза», — рассказал заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Алексей Волегов.

Пока ученые печатают небольшие прототипы будущих промышленных образцов. С одной стороны, физики отрабатывают элементы технологии и печатают изделия, которые могут применяться уже сегодня, а с другой — печатают сегменты большого цилиндра Хальбаха.

«Один известный итальянский автопроизводитель разрабатывает автомобиль Elettrica, в котором ротор двигателя будет представлять собой массив Хальбаха. Эта сборка применяется в тех случаях, когда необходимо получать наибольшую мощность при минимальной массе, но достаточно сложна и дорога в изготовлении, а в области стыков магнитов имеет резкие изменения индукции. Разрабатываемая технология позволит создать плавный поворот намагниченности, а не резкий, как это бывает в случае сборки из отдельных магнитов. Как показывают расчеты, плавный поворот намагниченности приводит к увеличению коэффициента полезного действия и удельной мощности двигателя. На сегодня плавный поворот намагниченности еще никто экспериментально не получил, потому что еще нет таких технологий. 3D-печать — это одно из решений, которое позволит напечатать систему сразу. Мы такой массив Хальбаха тоже планируем напечатать», — рассказал Алексей Волегов.

Для 3D0печати большой системы ученым УрФУ предстоит решить ряд задач. С одной из них они уже справились — адаптировали процесс под существующие мелкодисперсные порошки. Другая задача — создание специализированного оборудования, которое позволит печатать большие цилиндры Хальбаха.

«По этому направлению мы работаем с подразделениями Росатома. Компания «Росатом — Аддитивные технологии» производит и промышленно выпускает принтеры. Они помогут и нам: разработают принтер под требования, которые мы сформулируем, и на этом принтере мы уже будем пробовать печатать первые системы. Безусловно, нам предстоит решить еще много вопросов: понять, каким должен быть ротор, статор, какие свойства мы хотим и можем получить, необходимое количество полюсов, и так далее. Проект очень сложный и амбициозный, но в целом мы смотрим на эту задачу оптимистично и полагаем, что ее можно решить. Когда у нас все получится, можно будет печатать составляющие для электродвигателя последнего поколения», — рассказал Алексей Волегов.

По предварительным подсчетам ученых, 3D-печать больших систем Хальбаха позволит уменьшить вес двигателя на двадцать процентов и снизить рабочие температуры, что позволит уменьшить содержание тяжелых редкоземельных металлов в магнитах. Кроме того, возможно увеличение коэффициента полезного действия на пять-семь процентов.

«Крайне сложно сегодня оценить конечную стоимость продукта. С одной стороны, за счет уменьшения стоимости сборки и количества редкоземельных металлов конечный продукт может быть дешевле, но из-за того, что немало средств закладывается в разработку, первые образцы, скорее всего, будут дороже. Кроме того, на нашем рынке пока нет такого масштаба, как, к примеру, у китайцев. Они могут себе позволить изготовить образец и потом создать миллионы копий, за счет чего стоимость конечного продукта сильно снижается. Нам в России такое количество двигателей пока некуда поставлять. Если у нас получится наладить масштабное, а не просто массовое производство — к примеру, выйдем на китайский рынок — то, конечно, в таком случае стоимость готовых изделий будет ниже. Пока по стоимости мы можем конкурировать с европейскими разработками», — добавил Алексей Волегов.

Работы по 3D-печати магнитов поддержаны на разных этапах Российским научным фондом, АО «Росатом Наука» и Министерством науки и высшего образования РФ. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.