近日,美國聯(lián)合技術(shù)公司研究中心(UTRC)的研究人員與美國能源部的ARPA-E(Advanced Research Project Agency-Energy )項(xiàng)目簽訂了一份合同,目的是開發(fā)出一種不利用稀土類磁鐵的感應(yīng)電動機(jī),這種電動機(jī)可以在電動汽車上使用。
不過,他們并不是獨(dú)立完成這個復(fù)雜的項(xiàng)目,而是與康涅狄格增材制造中心、賓州州立大學(xué)和Wayde Schmidt一起合作。UTRC的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人解釋了他們的研究方式:
“我們原來的設(shè)想是開發(fā)出一臺可以同時3D打印出銅導(dǎo)體、絕緣組件和鋼片的機(jī)器,當(dāng)這些部件打印完成了,一臺電動機(jī)也就出現(xiàn)了。但是當(dāng)前我們離在一臺機(jī)器里同時使用種材料進(jìn)行制造還有巨大的技術(shù)鴻溝,于是我們將問題分解,然后集中力量各個擊破。”
感應(yīng)電動機(jī)
由于開發(fā)人員決定使用3D打印制造出發(fā)動機(jī),那么傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)技術(shù)構(gòu)架顯然已經(jīng)不太合適,因此他們決定還要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計,使其更加適合增材制造(即3D打印)技術(shù)。于是研究團(tuán)隊(duì)設(shè)立了一個專門完成電動發(fā)動機(jī)重新設(shè)計任務(wù)的負(fù)責(zé)人Jagadeesh Tangudu。Tangudu介紹了開發(fā)一種新的發(fā)動機(jī)設(shè)計思路:
“該項(xiàng)目的主要目的是設(shè)計出專門的發(fā)動機(jī),這種發(fā)動機(jī)是假設(shè)在增材制造技術(shù)條件下最大限度地提高能源效率。我們并沒有對發(fā)動機(jī)設(shè)計進(jìn)行限制,因此它最終的樣子可能相當(dāng)非傳統(tǒng)甚至非常怪異。顯然,我們會面臨許多技術(shù)難題。”
目前,該研究團(tuán)隊(duì)唯一愿意確認(rèn)的是,他們計劃到2015年底之前拿出一個原型出來。
此外由于開發(fā)要求是不使用稀土類磁鐵,Lawrence Livermore國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)和布朗大學(xué)的研究人員正一起合作,開發(fā)一種交換彈性磁鐵,這種磁鐵既具有超強(qiáng)的磁力,又減少了對稀土材料的需求。
制造交換彈性磁鐵需要硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種類型的磁性材料的組合。硬質(zhì)材料的特性是非常難以消磁,而軟質(zhì)材料則是在磁場撤消之后仍能保持較高的磁性。這兩種屬性分別被稱為矯頑磁性(coercivity)和剩磁現(xiàn)象(remanence)。
由于制造交換彈性磁鐵需要這兩種極端材料的精確配比,因而更適于使用3D打印技術(shù)制造。
要制造一個交換彈性磁鐵,這些材料必須以類似棋盤的方式放置,它們之間的間距以納米計。CMI公司磁性推力研究負(fù)責(zé)人Scott K. McCall博士解釋說:“訣竅是,你需要將軟質(zhì)材料與硬質(zhì)材料之間的間隔保持在一個磁疇壁的距離,在許多材料中,這也就是幾納米遠(yuǎn)。這只是一個簡單的想法,但為了能夠使材料的控制達(dá)到這樣的水平,有的人一直努力了20年。我們認(rèn)為通過一些先進(jìn)的制造方法,我們就能夠一塊一塊地構(gòu)建交換彈磁性體。”
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