ZF tworzy wyjątkowo kompaktowy i konkurencyjny bezmagnesowy silnik elektryczny

ZF tworzy bezmagnesowy silnik elektryczny ZF

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. 

  • Indukcyjna jednostka przenoszenia prądu wewnątrz wirnika umożliwia ultrakompaktową konstrukcję silnika elektrycznego.
  • Parametry porównywalne z maszynami synchronicznymi z magnesami trwałymi, które są obecnie najpopularniejszą formą napędu dla pojazdów elektrycznych.
  • Zalety: brak magnesów i pierwiastków ziem rzadkich, zwiększone bezpieczeństwo dostaw oraz bardziej zrównoważone i wydajne działanie.

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 –  powiedział dr Holger Klein, Dyrektor Generalny ZF. – Jest to nasza zasada przewodnia dla wszystkich nowych produktów. Obecnie nie widzimy na rynku konkurencyjnej firmy, która opanowałaby tę technologię tak dobrze jak ZF.

W porównaniu ze zwykłymi systemami SESM, wzbudnica indukcyjna może zmniejszyć straty związane z przenoszeniem energii do wirnika o 15%t. 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%.

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 – powiedział Stephan von Schuckmann, członek Zarządu Grupy ZF. – Konsekwentnie stosujemy wydajną technologię węglika krzemu 800 V, eliminując równocześnie metale ziem rzadkich - a wszystko to bez zwiększania wymiarów i wagi.

Oprócz korzyści wynikających z rezygnacji z pierwiastków ziem rzadkich w kompaktowym i wydajnym układzie, I2SM eliminuje straty oporu powstające w tradycyjnych silnikach elektrycznych PSM. Zapewnia to lepszą wydajność w niektórych trybach pracy, takich jak długie przejazdy autostradą z dużą prędkością.

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 mm 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

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę