Indukcyjny moduł przenoszenia prądu wewnątrz wirnika umożliwia ultrakompaktową konstrukcję silnika elektrycznego
Dane dotyczące wydajności porównywalne z maszynami synchronicznymi z magnesami trwałymi, obecnie najpowszechniejszą formą napędu pojazdów elektrycznych
Zalety: brak magnesów i materiałów ziem rzadkich, zwiększone bezpieczeństwo dostaw oraz lepszy zrównoważony rozwój i wydajność
Friedrichshafen, Niemcy. Firma ZF opracowała silnik elektryczny, który nie wymaga magnesów. W przeciwieństwie do dostępnych już dziś koncepcji silników synchronicznych z oddzielnym wzbudzeniem (SESM) pozbawionych magnesów, silniki ZF I2SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) przekazuje energię pola magnetycznego za pośrednictwem wzbudnicy indukcyjnej znajdującej się wewnątrz wału wirnika. Dzięki temu silnik jest wyjątkowo kompaktowy i zapewnia maksymalną moc i gęstość momentu obrotowego.
(ZF) Silnik E bez magnesu
Ten zaawansowany wariant silnika synchronicznego z oddzielnym wzbudzeniem stanowi zatem alternatywę dla maszyn synchronicznych z magnesami trwałymi (PSM). Te ostatnie są obecnie najczęściej stosowanymi silnikami w pojazdach elektrycznych, jednak bazują na magnesach, do ich produkcji potrzebne są materiały ziem rzadkich. Z I2SM, ZF wyznacza nowy standard w tworzeniu silników elektrycznych, które są zarówno wyjątkowo zrównoważone w produkcji, jak i bardzo mocne i wydajne w działaniu.
„Dzięki temu silnikowi elektrycznemu pozbawionemu magnesów i materiałów ziem rzadkich mamy kolejną innowację, dzięki której stale udoskonalamy naszą ofertę napędów elektrycznych, aby zapewnić jeszcze bardziej zrównoważoną, wydajną i oszczędzającą zasoby mobilność” – powiedział dr Holger Klein, dyrektor generalny firmy ZF. „To jest nasza wiodąca zasada dotycząca wszystkich nowych produktów. Obecnie nie widzimy żadnego konkurenta, który opanowałby tę technologię równie dobrze jak ZF”. W porównaniu do powszechnych systemów SESM, wzbudnica indukcyjna może zmniejszyć straty związane z przenoszeniem energii do wirnika o 15 procent. Ponadto KO2Ślad produkcyjny, który powstaje zwłaszcza w przypadku silników elektrycznych PSM ze względu na magnesy zawierające materiały ziem rzadkich, można zmniejszyć nawet o 50 procent.
„Ten wyjątkowo kompaktowy silnik elektryczny bez magnesów stanowi imponujący dowód naszej strategii mającej na celu uczynienie napędów elektrycznych bardziej zasobooszczędnymi i zrównoważonymi, przede wszystkim poprzez poprawę wydajności” – powiedział Stephan von Schuckmann, członek zarządu Grupy ZF.
Oprócz korzyści wynikających z eliminacji metali ziem rzadkich w kompaktowym i wydajnym opakowaniu, I2SM eliminuje straty spowodowane oporem powstające w tradycyjnych silnikach elektrycznych PSM. Umożliwia to lepszą wydajność w niektórych punktach pracy, takich jak długie podróże autostradą z dużą prędkością.
Zaawansowana konstrukcja wirnika sprawia, że silnik elektryczny jest bardzo kompaktowy
Aby zapewnić, że pole magnetyczne w wirniku będzie wytwarzane przez prąd, a nie przez magnesy, konwencjonalne koncepcje SESM obecnie w większości przypadków nadal wymagają elementów ślizgowych lub szczotkowych, co zmniejsza siłę: Sucha przestrzeń montażowa, tj. niedostępna dla chłodzenia oleju i konieczne są dodatkowe uszczelki. W rezultacie konwencjonalne SESM zajmują około 90 mm więcej
przestrzeń osiowo. W rezultacie producenci na ogół nie mogą elastycznie zmieniać wariantów PSM i SESM w planowaniu modelu bez dodatkowego wysiłku.
Aby w sposób konkurencyjny zaoferować zalety maszyn synchronicznych z oddzielnym wzbudzeniem, firmie ZF udało się zrekompensować wady konstrukcyjne powszechnie stosowanych maszyn synchronicznych z oddzielnym wzbudzeniem. 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 ma żadnych wad związanych z przestrzenią osiową. Ponadto wzrost gęstości mocy w wirniku prowadzi do poprawy wydajności.
Wzbudzenie indukcyjne jako kluczowa technologia
Technologicznym warunkiem innowacji ZF jest to, że energia jest przekazywana indukcyjnie, tj. bez kontaktu mechanicznego, do wirnika, wytwarzając pole magnetyczne za pomocą cewek. Tym samym 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 magnesów trwale namagnesowanych
silniku synchronicznym, wirnik jest skutecznie chłodzony krążącym olejem. W porównaniu ze zwykłymi silnikami synchronicznymi z oddzielnym wzbudzeniem, innowacja ZF wymaga do 90 milimetrów mniej osiowej przestrzeni montażowej. Jednak pod względem gęstości mocy i momentu obrotowego innowacja ZF działa na poziomie PSM.
ZF planuje rozwój I2SM do dojrzałości produkcyjnej i oferuje ją jako opcję w ramach własnej platformy e-drive. Klienci z segmentu samochodów osobowych i pojazdów użytkowych mogą następnie wybierać pomiędzy wariantem z architekturą 400-volt lub architekturą 800-volt do swoich odpowiednich zastosowań. Ten ostatni opiera się na chipach z węglika krzemu w elektronice mocy.
