Design And Manufacturing of Integrated Actuators II
- Reference number
- PV08-0059
- Start and end dates
- 081001-110930
- Amount granted
- 0 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Lund University has, during the predecessor to this project (DAMIA I) developed a material and a production technology for iron powder based soft magnetic materials that allows casting of magnetic cores for inductors, electrical machines etc with exceptionally low iron losses but a modest relative magnetic permeability. The material is referred to as SM2C. Several prototypes are produced, in particular inductors that exhibit very good performance. In terms of size, losses, cost and noise emissions they outperform the best available products on the market today for high performance applications such as active power filters in the electric utility grid. Prototypes of electrical machines do have lower torque density [Nm/kg] than well designed conventional machinhes due to the lower permeability, but possibility to seemingly almost unlimited power density [W/kg] due to the low iron losses. This is unique, and a paradigm shift in electruical machine design. The production process is today protected by a patent application. This project, DAMIA II, is intended for exploiting the inherent benefits with the material and production method from DAMIA I by application development. In particular: Integration of sensors, cooling circuits and inserts of other core materials components in the moulding process. Development of an optimized winding insulation method suitable for the production method.
Popular science description
På senare år har en ny materialteknik börjat utvecklas, som ger helt nya möjligheter att utveckla och tillverka elmaskiner som tidigare varit omöjliga att realisera eller för komplicerade och dyra att tillverka. Materialet är kompositer av legerat järnpulver med varierande grad inblandat bindemedel, benämnt SMC (Soft Magnetic Composites). Formningen av komponenter i dessa material tilldrar sig stort intresse, eftersom kraven på hög täthet och frihet i utformning går i konflikt med använd tillverkningsteknik. Lyckas man så är resultaten en elektrisk maskin med i många avseenden betydligt bättre egenskaper än konventionella – lägre förluster, mindre fysisk storlek, kompaktare integration i det drivna objektet/produkten. Forskargruppen vid LTH har utvecklat en helt ny produktionsprocess för ändamålet, rotationsgjutning, samt ett tillhörande material SM2C. Denna metod ger optimal packningstäthet i den gjutna komponenten samtidigt som formfriheten är stor. Projektet går ut på att gjuta upp de magnetiska delarna av elektriska maskiner, i stället för att bygga upp dem med väldigt många tunna plåtar. Resultatet är elmaskiner av ett material som är sämre än plåtar på att leda magnetiskt flöde, men som tål höga frekvenser betydligt bättre och dessutom tillåter betydligt friare formgivning. Det leder till högvarviga maskiner med låg produktionskostnad och hög verkningsgrad. När de magnetiska kretsarna gjuts integreras samtidigt de elektriska lindningarna och omsluts av kompositmaterialet. Den utvecklade tekniken medger också enkel ingjutning av andra komponenter, såsom kylkanaler, givare av olika slag, fästelement och även lokalt andra flödesledarmaterial med högre prestanda. Detta kan bidra till att förbilliga produkten och samtidigt förbättra produktens egenskaper.