"Den typen av komponenter med den prestandan vi har fått fram har ingen varit i närheten av att nosa på tidigare", säger adj. professor Tord Cedell, en av forskarna i gruppen från LTH och numera även på halvtid är verksam i avknoppningsföretaget MagComp i Eslöv.

Kraftfulla komponenter formas med rotation

Utvecklingen av den här tillverkningsmetoden är ett resultat av ett samarbete mellan forskare verksamma vid institutionen för Industriell Elektroteknik, IEA, och avdelningen för Industriell Produktion, Iprod, vid LTH, kring materialteknik, elektromagnetisk konstruktion och produktionsteknik. Samarbetet har bedrivits i flera olika projekt under drygt 15 års tid med stöd av bland annat Vinnova, SSF (Stiftelsen för Strategisk Forskning) och IndustriKapital.
Tillverkningsmetoden innebär att mjukmagnetiska järnpulver och bindemedel i form av termoplaster, så kallade SMC -komponenter*, blandas, formgjuts och och kompakteras via rotationsgjutning vid relativt låga temperaturer och tryck.

En tillverkningsrevolution
Att rotationsgjuta den här typen av komponenter har visat sig så bra att den kan komma att revolutionera tillverkningen av vissa elektromagnetiska komponenter och öppna för nya möjligheter.
– Den typen av komponenter med den prestandan vi har fått fram har ingen varit i närheten av att nosa på tidigare, säger adj. professor Tord Cedell en av forskarna i gruppen från LTH och numera även på halvtid är verksam i avknoppningsföretaget MagComp AB i Eslöv, som specialiserat sig på att utveckla och tillverka produkter och system med magnetiska och magnetostriktiva material.
Det som sker när man använder rotationsgjutning för att tillverka elektromagnetiska komponenter är att G-kraften i gjutprocessen ökar. Det bidrar i sin tur till att separera bulkmaterialet (t ex en termoplast) från kärnmaterialet (ett järnpulver). Detta ökar tätheten (densiteten) i den tillverkade detaljen, vilket är av avgörande betydelse eftersom de eftersträvansvärda magnetiska egenskaperna förstärks oproportionerligt mycket av ökad täthet. Det är bland annat därför den här metoden är mycket intressant.

Metod med fördelar
Traditionella elektromekaniska ställdon (d.v.s. elmotorer roterande och linjära samt drag- och tryckmagneter) produceras genom en relativt komplicerad tillverkningsprocess och består av ett stort antal produktionssteg.
Med rotationsgjutning kan lika komplexa komponenter, med bättre anpassning mot den tilltänkta färdiga (drivna) produkten, skapas med betydligt färre tillverkningssteg.
Detta faktum öppnar för högre grad av tillverkningsautomation, där en drivande del, t ex en elmotor, i betydligt större utsträckning kan tillverkas som en del av slutprodukten.
– Samtidigt öppnas dörren för integration av styrelektronik, sensorer, kylkretsar, motorfästen etc. Något som ytterligare kortar produktionsprocessen, påpekar Tord Cedell.
Ännu en stor fördel är de helt unika produktegenskaper som den här metoden ger i lämpliga applikationer. Egenskaper som enbart kan uppnås via användning av detaljer tillverkade i SMC och som endast kan maximeras med rotationsgjutningsmetoden, menar Tord Cedell.
– Rotationsgjutning är dessutom en snabb metod som både är skal- och formbar, vilket resulterar i unika effektiva komponenter.
– Det är inte heller speciellt dyrt att ta fram verktyg för rotationsformgjutning. En prototyp behöver inte kosta mer än 2000-3000 kr. Det innebär att man kan prova ganska mycket, samtidigt som man i slutändan – om produkten blir bra – kan serietillverka komponenten i stora eller små serier till låg kostnad.

Många användningsområden
En annan fördel med rotationsgjutning är att metoden kan användas väldigt brett för att tillverka elektromagnetiska komponenter. De områden som forskningsgruppen bl a identifierat är:
• För elektromagnetiska komponenter, t ex induktorer med extremt låga förluster i mellan- och högfrekvenssegmentet tillämpningar där detta är avgörande.
• För elektriska motorer. Detta eftersom materialets egenskaper skiljer sig så markant från traditionellt motormaterial. Resultatet blir att motorerna kan byggas mindre för samma axeleffekt och betydligt billigare under förutsättning att nya motorkonstruktioner optimeras med avseende på materialegenskaper och tillverkningsmetod.
– Tekniken kan tex underlätta omvandlingen av bilar till hybriddrift. På elmotorsidan har vi därför starka aktörer involverade i det här projektet. Exempelvis har Volvo knutit professor Mats Alaküla, professor vid institutionen för Industriell Elektroteknik och en av dem som varit med och drivit den här forskningen, till sig för att hybridisera deras bilar, berättar Tord Cedell.
Men det finns ännu fler områden som den här tekniken kan komma i fråga:
• För utveckling av högeffektiva elektromagnetiska komponenter, där den största besparingen görs i de fall där vätskekylning kan ersättas med konvektionskylning. Detta beroende på låga virvel- och ommagnetiseringsförluster, i storleksordningen 1/10-del mot traditionella jämförbara tekniklösningar, vilket bör vara intressant inom el, i elhybridbilar, utgångsfilter för switchad elektronik mm.
• Rotationsgjutningsmetoden kan också användas för integration av intelligens i produkter som medför funktionsmässiga och kostnadsbesparande fördelar. Rätt använda, kan ingjutna givare användas för att mäta bland annat tryck, varvtal, volymflöde etc. Något som dessutom låter sig göras till en låg kostnad.
• Tillverkning av elmaskiner och elektromagnetiska komponenter utan arbetsintensiva moment, möjligen helt automatiserat. Detta öppnar för möjligheten att återetablera en industrigren där i princip all produktion flyttats till låglöneländer. Skälen är att konventionell design och tillverkning ofta medför arbetsintensiva moment vid bland annat lindning av spolar och montering, men med rotationsgjutning så kan en motsvarande komponent tillverkas betydligt snabbare jämfört med traditionell teknik.

Tillgång för Sverige
– Graden av integration, automation och unika produktegenskaper med höga förädlingsvärden, gör att en industrialisering av den här processen har en stor potential att kunna generera nyetablerad tillverkning inom många områden i Sverige.
– Givetvis vill vi därför att den här tekniken kommersialiseras. I slutändan är det nämligen en fråga om nationell konkurrenskraft att vi kan tillverka sådana här komponenter i landet eller ej, säger Tord Cedell.