Firma ZF opracowała silnik elektryczny, który nie wymaga zastosowania magnesów - kompaktowy, z maksymalną gęstością mocy i maksymalnym momentem obrotowym.
Firma ZF opracowała silnik elektryczny, który nie wymaga zastosowania magnesów. W przeciwieństwie do bezmagnesowych koncepcji tak zwanych oddzielnie wzbudzanych silników synchronicznych (SESM), które są obecnie dostępne, silnik I2SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) firmy ZF przekazuje energię do pola magnetycznego za pośrednictwem wzbudnicy indukcyjnej wewnątrz wału wirnika. Dzięki temu silnik jest wyjątkowo kompaktowy, osiągając jednocześnie maksymalną gęstość mocy i maksymalny moment obrotowy.
Ten zaawansowany wariant oddzielnie wzbudzanego silnika synchronicznego jest więc alternatywą dla maszyn synchronicznych z magnesami trwałymi (PSM). Te ostatnie są obecnie najczęściej stosowanymi silnikami w pojazdach elektrycznych, ale opierają się na magnesach, których produkcja wymaga użycia pierwiastków ziem rzadkich. Dzięki I2SM firma ZF wyznacza nowy standard w produkcji silników elektrycznych, które są niezwykle zrównoważone, a także bardzo silne i wydajne w eksploatacji.
Dzięki bezmagnesowemu silnikowi elektrycznemu produkowanemu bez zastosowania pierwiastków ziem rzadkich, opracowaliśmy kolejną innowację, dzięki której konsekwentnie ulepszamy nasze portfolio napędów elektrycznych, aby stworzyć jeszcze bardziej zrównoważoną, wydajną i oszczędzającą zasoby mobilność. Jest to nasza zasada przewodnia dla wszystkich nowych produktów. Obecnie nie widzimy na rynku konkurencyjnej firmy, która opanowałaby tę technologię tak dobrze jak ZF.
dr Holger Klein
Dyrektor Generalny ZF
W porównaniu ze zwykłymi systemami SESM, wzbudnica indukcyjna może zmniejszyć straty związane z przenoszeniem energii do wirnika o 15 procent. Ponadto ślad węglowy w produkcji, który powstaje w przypadku silników elektrycznych PSM, w szczególności ze względu na magnesy zawierające pierwiastki ziem rzadkich, można zmniejszyć nawet o 50 procent.
Ten wyjątkowo kompaktowy, bezmagnesowy silnik elektryczny jest doskonałym potwierdzeniem naszej strategii mającej na celu zmniejszenie zużycia zasobów i zrównoważony rozwój e-napędów, głównie poprzez poprawę ich wydajności. Konsekwentnie stosujemy wydajną technologię węglika krzemu 800 V, eliminując równocześnie metale ziem rzadkich - a wszystko to bez zwiększania wymiarów i wagi.
Stephan von Schuckmann
członek Zarządu Grupy ZF
Zaawansowana konstrukcja wirnika sprawia, że silnik elektryczny jest bardzo kompaktowy
Aby zapewnić, że pole magnetyczne w wirniku jest wytwarzane przez prąd, a nie magnesy, konwencjonalne koncepcje SESM w większości przypadków nadal wymagają elementów ślizgowych lub szczotkowych, co wymusza kompromisy: Konieczna jest sucha przestrzeń montażowa, tj. niedostępna dla chłodzenia olejem i z dodatkowymi uszczelnieniami. W rezultacie konwencjonalne przekładnie SESM zajmują około 90 mm więcej miejsca w kierunku osiowym. W rezultacie producenci zazwyczaj nie mogą elastycznie zmieniać wariantów PSM i SESM w swoich modelach bez dodatkowego wysiłku.
Aby móc oferować korzyści oddzielnie wzbudzanych maszyn synchronicznych w sposób konkurencyjny, firmie ZF udało się zrekompensować wady konstrukcyjne typowych oddzielnie wzbudzanych maszyn synchronicznych. W szczególności gęstość momentu obrotowego została znacznie zwiększona w porównaniu do stanu techniki dzięki innowacyjnej konstrukcji wirnika. Neutralna przestrzennie integracja wzbudnicy z wirnikiem oznacza, że nie występują wady związane z przestrzenią osiową. Ponadto wzrost gęstości mocy w wirniku prowadzi do poprawy wydajności.
Wzbudzenie indukcyjne kluczową technologią
Warunkiem technologicznym innowacji ZF jest indukcyjne przekazywanie energii, tj. bez kontaktu mechanicznego, do wirnika, generujące pole magnetyczne za pomocą cewek. W ten sposób I2SM nie wymaga żadnych elementów szczotkowych ani pierścieni ślizgowych. Co więcej, nie ma już potrzeby utrzymywania tego obszaru w stanie suchym za pomocą uszczelek. Podobnie jak w przypadku trwale namagnesowanego silnika synchronicznego, wirnik jest skutecznie chłodzony przez krążący olej. W porównaniu ze zwykłym silnikiem synchronicznym wzbudzanym osobno, innowacja ZF wymaga do 90 milimetrów mniejszej osiowej przestrzeni montażowej. Jednak pod względem gęstości mocy i momentu obrotowego innowacja ZF działa na poziomie PSM.
ZF planuje rozwinąć technologię I2SM do poziomu dojrzałości produkcyjnej i zaoferować ją jako opcję w ramach własnej platformy napędu elektrycznego. Klienci z segmentów samochodów osobowych i pojazdów użytkowych mogą następnie wybrać wariant z architekturą 400 V lub 800 V dla swoich odpowiednich zastosowań. Ta ostatnia opiera się na chipach z węglika krzemu w elektronice mocy.
Źródło: ZF
