Mit der 3D-Druck-Technologie konnten Forscher der UW-Madison erfolgreich einen Elektromotor entwickeln. Laut einem Artikel des Wisconsin State Journals wären künftig Elektromotoren möglich, die die Elektrizität effizienter nutzen, ohne auf Leistung zu verzichten. Sie stellten einen Prototypen her, der einen Elektrostahl mit höherem Siliziumanteil nutzt und Energieverluste reduziert. Die Forscher arbeiteten mit dem Postdoktoranden der UW-Madison, FNU Nishanth, und Alexander Goodall, einem Ph.D. zusammen.
Prototyp
Der Prototyp besteht aus einem Stator, einem kreisförmigen Objekt mit Zinken, um den Drähte gewickelt und im Kern eines Motors gedreht werden können, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. In den Zinken selbst ist der Designunterschied zwischen dem Prototyp und herkömmlichen Statoren zu erkennen. Diese verfügen über ein kompliziertes Design aus dünnen geometrischen Linien, das den Energieverlust reduzieren soll.
Der erste Prototyp entstand im Oktober 2022. Sie testeten ihn in einem Labor, indem Nishanth elektrischen Strom daran anlegte. Er führte den Test dann erneut durch, weil er nicht glauben konnte, was er sah. Mit dem Design des Prototyps zog er mehr Energie, als er mit weniger Material erwartet hätte.
Nishanth, sagte:
„Wenn man eine um 30 % geringere Masse hat, würde man erwarten, dass auch das Drehmoment geringer ist, aber das war nicht der Fall. Das zeigt also, dass Sie wissen, dass Sie tatsächlich eine Verbesserung der Nettodrehmomentdichte in dieser Maschine erzielen werden, und wenn wir dies weiter verbessern können (die Herstellung eines effizienteren Motors), wäre das ein entscheidender Faktor.“
Statoren bisher und mit 3D-Druck
Statoren in Elektromotoren werden mit einem Laminierungsprozess hergestellt, bei dem Spulen aus Elektrostahl in eine Presse gerollt werden, die mehrere Tonnen Druck ausübt. Dabei entsteht ein Stator mit gestapelten Lamellen und winzigen, aber sichtbaren Gratlinien auf der Oberseite der Zinken. Bei dieser Methode wird eine Elektrostahllegierung mit 3 % Silizium verwendet, was zu höheren Energieverlustraten und einer geringeren Effizienz führt. Die vom US-Energieministerium empfohlene Elektrostahllegierung mit 6,5 % Silizium reduziert Energieverluste, ist jedoch spröder und hält dem herkömmlichen Laminierungsprozess weniger stand.
Mit dem 3D-Druck wird kein großer Druck ausgeübt und die Maschine kann das feine Muster innerhalb von 20 Stunden auf den kleinen 10-Kilowatt-Prototypstator drucken. Das reicht, um ein Elektrofahrzeug anzutreiben, aber das Modell könnte problemlos auf 40 Kilowatt skaliert und auf einem Industriedrucker gedruckt werden. Kürzlich stellte Equipmake seinen 3D-gedruckten Elektromotor vor. Ein Konsortium aus Belgien arbeitet beim Projekt AM4EM ebenfalls am 3D-Druck von Elektromotoren.
