CC BY
7УДК 620.9
Фураев В.В.
Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
МИРОВОЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ МАГНИТОПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Аннотация: в данном докладе рассмотрены различные варианты исполнения электрических машин, магнитопроводы которых изготовлены с применением технологий 3Б печати.
Ключевые слова: 3Б печать, аддитивные технологии, электрические двигатели, магнитопровод.
Технологический процесс не стоит на месте, с каждым днем происходит усовершенствование цифровых технологий, что позволяет использовать новшества в различных сферах жизни человека. Аддитивные технологии - одни из самых передовых и востребованных во всем мире.
Аддитивные технологии - это послойное наращивание и синтез объекта с помощью компьютерных 3d технологий. Изобретение принадлежит Чарльзу Халлу, в 1986 г. сконструировавшему первый стереолитографический трехмерный принтер. В современной промышленности аддитивный процесс послойного создания модели - это несколько разных процессов, в результате которых моделируется 3Б объект:
- иУ-облучение;
- Экструзия;
- Струйное напыление;
- Сплавление;
- Ламинирование.
В технологиях 3Б печати могут применятся следующие материалы:
- Воск;
- Гипсовый порошок;
- Жидкие фотополимеры;
- Металлические порошки;
- Разного рода полиамиды;
- Полистирол.
Технологический прогресс способствует производству множества полезных вещей для быта, здоровья и безопасности человека, к примеру аддитивные технологии в авиастроении помогают создавать более высокоэкономичный и легкий по весу авиатранспорт, при этом его аэродинамические свойства сохраняются в полном объеме. Другие сферы применения аддитивных технологий:
- строительство;
- сельскохозяйственная промышленность;
- машиностроение;
- судостроение;
- космонавтика;
- медицина и фармакология [1].
Применение 3Б печати в электромашиностроении является перспективным направлением в производстве машин малой мощности. Технология позволяет печатать не только корпуса электрических машин, но и магнитопроводы, данный метод имеет ряд преимуществ. Основным достоинством методики является минимизирование производственных отходов, а также уменьшение производственных циклов в отличие от классического метода производства магнитопродов (штамповка, обработка листов магнитопровода и т.д.), как следствие можно добиться уменьшения сроков налаживания производства, снизить себестоимость готового продукта. При
производстве корпусов электрических машин малой мощности, аддитивный метод позволяет осуществлять корректировки проекта и оптимизировать модель в ходе производства в кратчайшие сроки с минимальными затратами.
Так, Немецкие исследователи, используя метод экструзионной 3Б печати, продемонстрировали первый в мире электромотор, полностью изготовленный на 3D принтере. Как считают разработчики, использованные в процессе 3D печати керамические материалы позволят значительно расширить диапазон рабочих температур. После печати элементы моторов подвергались обжигу. Исследование направлено на повышение эксплуатационных температур электромеханических устройств. Так, в прошлом году члены команды Йоханнес Рудольф и Фабиан Лоренц продемонстрировали 3D печатные катушки индуктивности с максимальной рабочей температурой выше 300°С. Как правило, температурные ограничения вытекают из характеристик используемой изоляции. Для решения этой проблемы немецкие инженеры решили заменить полимерную изоляцию керамическими материалами. За счет использования керамической изоляции можно значительно превысить порог в 220°С, характерный для традиционных изоляторов. Максимальные рабочие температуры электромашин в таком случае будут определяться ферромагнитными свойствами железных компонентов с практическим пределом в районе 700°С.
Один из плюсов использования керамики вместо полимеров заключается в более высокой теплопроводности, позволяющей более эффективно рассеивать тепло, генерируемое в проводниках. Как поясняет Лоренц, хотя специфика аддитивного процесса и приводит к снижению электропроводности медных компонентов, вытекающая потеря эффективности из-за возрастающего сопротивления компенсируется снижением температуры обмотки. Напечатанный магнитопровод представлен на рисунке 1 [2].
Рисунок 1. Магнитопровод электродвигателя
Еще одним примером применения 3Б технологий является производство бесколлекторного двигателя постоянного тока. В результате, были получены следующие характеристики двигателя, представленные в таблице 1 [3].
Таблица 1. Характеристики бесколлекторного двигателя постоянного тока
Параметр Величина
Мощность 600 Вт
Номинальное напряжение 30 В
Номинальный ток 20 А
КПД 80 %
Масса 900 гр
в
Ш
Р
0
\ Ф ф
а
%
*
%
Рисунок 2. Бесколлекторный двигатель постоянного тока
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
6. Аддитивные технологии - что это такое и где применяются - Режим доступа: https://old.sk.ru/news/b/press/archive/2019/09/18/additivnye-tehnologii-_1320_-chto-eto-takoe-i-gde-primenyayutsya.aspx - 22.06.23
7. Немецкие инженеры впервые напечатали на 3D-принтере электродвигатель - Режим доступа: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/german-engineers-for-the-first-time-printed-on-a-3d-printer-motor - 22.06.23
8. 600 Watt, 3d-printed, Halbach Array, Brushless DC Electric Motor - Режим доступа: https://www.instructables.com/600-Watt-3d-printed-Halbach-Array-
Brushless-DC-Ele/ - 22.06.23
Furaev V.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
WORLD EXPERIENCE IN APPLICATION OF ADDITIVE TECHNOLOGIES IN PRODUCTION OF MAGNETIC CIRCUITS OF ELECTRIC MACHINES
Abstract: this report discusses various versions of electric machines, whose magnetic circuits are manufactured using 3D printing technologies.
Keywords: 3D printing, additive technologies, electric motors, magnetic circuit.
