L'unità di trasmissione della corrente induttiva all'interno del rotore consente un design del motore elettrico ultracompatto
Dati prestazionali paragonabili a quelli delle macchine sincrone a magneti permanenti, attualmente la forma di propulsione più comune per i veicoli elettrici
Vantaggi: assenza di magneti o materiali di terre rare, maggiore sicurezza di approvvigionamento e migliore sostenibilità ed efficienza
Friedrichshafen, Germania. ZF ha sviluppato un motore elettrico che non necessita di magneti. A differenza dei concetti senza magneti dei cosiddetti motori sincroni ad eccitazione separata (SESM) già disponibili oggi, i motori I di ZF2SM (motore sincrono eccitato induttivo nel rotore) trasmette l'energia per il campo magnetico tramite un eccitatore induttivo all'interno dell'albero del rotore. Ciò rende il motore straordinariamente compatto con la massima potenza e densità di coppia.
（ZF） Motore elettrico senza magnete
Questa variante avanzata di un motore sincrono ad eccitazione separata rappresenta quindi un'alternativa alle macchine sincrone a magneti permanenti (PSM). Questi ultimi sono attualmente i motori più utilizzati nei veicoli elettrici, ma si basano su magneti che richiedono terre rare per la loro produzione. Con l'I2SM, ZF sta stabilendo un nuovo standard per rendere i motori elettrici estremamente sostenibili nella produzione e altamente potenti ed efficienti nel funzionamento.
"Con questo motore elettrico senza magneti e senza materiali di terre rare, abbiamo un'altra innovazione con la quale miglioriamo costantemente il nostro portafoglio di azionamenti elettrici per creare una mobilità ancora più sostenibile, efficiente e rispettosa delle risorse", ha affermato il Dr. Holger Klein, CEO di ZF. "Questo è il nostro principio guida per tutti i nuovi prodotti. E attualmente non vediamo nessun concorrente che padroneggi questa tecnologia quanto ZF." Rispetto ai comuni sistemi SESM, l'eccitatore induttivo può ridurre del 15% le perdite per la trasmissione di energia nel rotore. Inoltre il CO2L'ingombro nella produzione, che si forma con i motori elettrici PSM soprattutto a causa dei magneti contenenti materiali di terre rare, può essere ridotto fino al 50%.
"Questo motore elettrico straordinariamente compatto e senza magneti è una prova evidente della nostra strategia volta a rendere gli azionamenti elettrici più efficienti in termini di risorse e sostenibili, principalmente attraverso miglioramenti dell'efficienza", ha affermato Stephan von Schuckmann, membro del consiglio di amministrazione del gruppo ZF.
Oltre ai vantaggi derivanti dall'eliminazione dei materiali delle terre rare in un pacchetto compatto e potente, l'I2SM elimina le perdite per trascinamento create nei tradizionali motori elettrici PSM. Ciò consente una migliore efficienza in determinati punti operativi, come i lunghi viaggi in autostrada ad alta velocità.
Il design avanzato del rotore rende il motore elettrico molto compatto
Per garantire che il campo magnetico nel rotore venga creato dalla corrente anziché dai magneti, i concetti SESM convenzionali richiedono ancora nella maggior parte dei casi elementi scorrevoli o a spazzola, che costringono a compromessi: uno spazio di installazione asciutto, cioè non accessibile per il raffreddamento dell'olio e con sono necessarie guarnizioni aggiuntive. Di conseguenza, i SESM convenzionali occupano circa 90 mm in più
spazio assialmente. Di conseguenza, i produttori generalmente non possono variare in modo flessibile tra le varianti PSM e SESM nella pianificazione del modello senza ulteriori sforzi.
Per offrire in modo competitivo i vantaggi delle macchine sincrone ad eccitazione separata, ZF è riuscita a compensare gli svantaggi legati alla progettazione delle comuni macchine sincrone ad eccitazione separata. In particolare, la densità di coppia è stata notevolmente aumentata rispetto allo stato dell'arte grazie ad un design innovativo del rotore. L'integrazione dell'eccitatore nel rotore, senza ingombro in termini di spazio, fa sì che non vi siano svantaggi di spazio assiale. Inoltre, un aumento della densità di potenza nel rotore porta ad un miglioramento delle prestazioni.
Eccitazione induttiva come tecnologia chiave
Il presupposto tecnologico per l'innovazione ZF è che l'energia venga trasferita induttivamente, cioè senza contatto meccanico, nel rotore, generando un campo magnetico mediante bobine. Pertanto, l'I2SM non richiede elementi a spazzola o anelli collettori. Inoltre non è più necessario mantenere asciutta questa zona mediante guarnizioni. Come con magnetizzato permanentemente
motore sincrono, il rotore viene raffreddato in modo efficiente mediante la circolazione dell'olio. Rispetto ai comuni motori sincroni ad eccitazione separata, l'innovazione ZF richiede fino a 90 millimetri in meno di spazio di installazione assiale. In termini di potenza e densità di coppia, tuttavia, l'innovazione ZF funziona al livello di un PSM.
ZF prevede di sviluppare l'I2La tecnologia SM raggiunge la maturità produttiva e la offre come opzione all'interno della propria piattaforma e-drive. I clienti dei segmenti delle autovetture e dei veicoli commerciali possono quindi scegliere tra una variante con architettura 400-volt o con architettura 800-volt per le rispettive applicazioni. Quest'ultimo si basa su chip di carburo di silicio nell'elettronica di potenza.
