Tehokkaampia sähkömoottoreita voidaan jo lähitulevaisuudessa valmistaa 3D-tulostettujen magneettien avulla
VTT kehittää eurooppalaisten tutkimuspartnereiden kanssa kestomagneettien 3D-tulostukseen soveltuvaa uutta materiaalia, jota voidaan hyödyntää sähkö- ja hybridiajoneuvojen moottoreissa. Tähtäimessä on täysin 3D-tulostettava sähkömoottori, joka olisi noin 30 prosenttia nykymoottoreita kevyempi.
Liikenne on maailman toiseksi suurin ilmastopäästöjen aiheuttaja ja edellyttää uusia kestäviä ratkaisuja. Vuoden 2020 loppuun mennessä ylitetään globaalisti 10 miljoonan sähköauton raja. Määrän ennustetaan kasvavan 125 miljoonaan vuoteen 2030 mennessä. Kehitettävä uusi kestomagneettimateriaali edistää puhtaampaa liikennettä ja auttaa vähentämään liikenteen ympäristövaikutuksia.
Yli 90 prosenttia sähköautojen moottoreista perustuu kestomagneetteihin, jotka mahdollistavat korkean tehon pienellä tilavuudella. Kestomagneetit eivät tarvitse ulkoista magneettikenttää toisin kuin sähkömagneetit, jotka tarvitsevat jatkuvaa sähkövirtaa säilyttääkseen magneettisuutensa. Vahvimmat kestomagneetit perustuvat neodyymin, raudan ja boorin yhdistelmään (NdFeB).
Kestomagneettien valmistus on tänä päivänä rajoittunut yksinkertaisiin muotoihin. 3DREMAG-projektissa kehitettävä NdFeB-jauhe mahdollistaa magneettien valmistamisen 3D-tulostamalla. 3D-tulostuksen avulla voidaan optimoida magneetin muoto ja minimoida valmistuksessa syntyvä hukka. Tämä on tärkeää, sillä neodyymi on harvinainen raaka-aine, jota on saatavilla rajallisesti.
Markkinoiden ensimmäinen 3D-tulostukseen räätälöity kestomagneettimateriaali
NdFeB-jauheesta voidaan valmistaa kevyitä ja resurssien käyttöä tehostavia kestomagneetteja sähkö- ja hybridiautojen moottoreihin, sähköpyöriin ja kuluttajaelektroniikkaan sekä tuuliturbiinigeneraattoreihin.
- Pitkällä tähtäimellä tavoitteemme on rakentaa kokonaan 3D-tulostettava sähkömoottori, joka olisi noin 30 prosenttia nykyisiä moottoreita kevyempi. Tavoitteen saavuttaminen edellyttää monitieteellistä yhteistyötä ja eri teknologioiden yhdistämistä”, sanoo tutkija ja projektipäällikkö Joni Reijonen VTT:ltä.
- Tämä tutkimusprojekti tähtää kompleksisten, monikerroksisten 3D-kestomagneettiosien toteuttamiseen. Se mahdollistaa uusia ominaisuuksia, kuten segmentaation ja suoran integroinnin, jotka lisäävät sähkömoottorien tehokkuutta. Ratkaisun avulla voidaan tehostaa merkittävästi materiaalien käyttöä, kertoo Carsten Schuh, Siemens Technologyn Functional Materials and Manufacturing Processes -yksikön johtaja.
VTT:n koordinoimassa ja EIT Raw Materialsin rahoittamassa 3DREMAG-projektissa ovat mukana tutkimuskumppaneina CEA (French Alternative Energies and Atomic Energy Commission), Fraunhofer IWKS ja TU Darmstadt sekä teollisuudesta Less Common Metals, Tekna ja Siemens. Projektin kokonaisbudjetti on noin 1.8 M€ vuosille 2020-2021.
