ZF:n uusi 200 kW:n sähköinen voimansiirto on neljänneksen pienempi ja tarvitsee puolet vähemmän magneettimateriaalia
Saksalainen teknologiakonserni ZF on kehittänyt uuden High Revolution Drive -sähköisen voimansiirron, jonka moottorin kierrosluku yltää jopa 30 000 kierrokseen minuutissa. Selvästi tavanomaisia moottoreita suurempi kierrosluku mahdollistaa voimansiirron mittojen ja painon pienentämisen lähes 25 prosentilla sekä magneettien käytön vähentämisen jopa puoleen. Järjestelmän huipputeho on silti 200 kW ja hyötysuhde noin 93 prosenttia. ZF pyrkii aloittamaan teknologian sarjatuotannon viimeistään vuonna 2030.
Suurempi kierrosluku mahdollistaa pienemmän moottorin
High Revolution Drive yhdistää sähkömoottorin, invertterin ja alennusvaihteen kompaktiksi kolmen osan voimansiirtoyksiköksi.
Insinöörit nostivat moottorin enimmäiskierrosluvun 30 000 kierrokseen minuutissa, kun vastaava ZF SELECT -voimansiirto toimii enintään 18 000 kierroksen minuuttinopeudella.
Ratkaisu perustuu yksinkertaiseen fysiikkaan: samalla teholla suurempi pyörimisnopeus tarkoittaa pienempää tarvittavaa vääntömomenttia. Siksi moottorin roottorista voidaan tehdä pienempi ja kevyempi.
Kaksivaiheinen alennusvaihde muuntaa moottorin suuren pyörimisnopeuden pyörille tarvittavaksi vetovoimaksi noin 18:1-välityssuhteella. Esitellyn voimansiirron huipputeho on 200 kW, ja pyörille välittyvä vääntömomentti on enintään 3 500 Nm. Tässä on tärkeää erottaa toisistaan moottorin ja pyörien vääntömomentti. Luku 3 500 Nm ei tarkoita sähkömoottorin omaa vääntömomenttia vaan alennusvaihteen kautta pyörille välittyvää arvoa.
Magneettimateriaalin tarve puolittuu
Samantehoiseen SELECT-voimansiirtoon verrattuna uusi järjestelmä vaatii lähes 25 prosenttia vähemmän asennustilaa ja painaa lähes neljänneksen vähemmän.
Vielä merkittävämpää on magneettimateriaalin määrän väheneminen 50 prosentilla.
Kestomagneettisissa sähkömoottoreissa käytettävät harvinaiset maametallit tekevät tuotannosta riippuvaista monimutkaisista kansainvälisistä toimitusketjuista. Magneettimateriaalin tarpeen väheneminen auttaa pienentämään sekä materiaalikustannuksia että riippuvuutta toimitusketjuista.
ZF:n ratkaisu ei kuitenkaan luovu magneeteista kokonaan.
Suuret pyörimisnopeudet asettavat myös enemmän vaatimuksia laakereille, hammaspyörille ja tärinänvaimennukselle. ZF kehitti moottorin, alennusvaihteen ja tehoelektroniikan yhtenäiseksi järjestelmäksi pitääkseen melutason hallinnassa.
Tuloksena on noin 93 prosentin hyötysuhde, joka vastaa yhtiön tavanomaisen SELECT-voimansiirron lukemaa.
ZF on siis onnistunut pienentämään merkittävästi kokoa ja painoa tinkimättä hyötysuhteesta vastaavaan voimansiirtoon verrattuna.
Pienempi voimansiirto antaa autonvalmistajille lisää joustavuutta
High Revolution Drive on suunnattu suurina määrinä valmistettaviin sähköautoihin, joiden voimansiirron teho on noin 150–200 kW.
Järjestelmä sopii sekä 400 että 800 voltin sähköjärjestelmiin ja hyödyntää ZF:n nykyisen SELECT-alustan komponentteja.
Eurooppalaisille autonvalmistajille pienikokoisempi voimansiirto tarjoaa mahdollisuuden vähentää auton painoa tai käyttää vapautuva tila akuille, matkustamolle ja muille komponenteille.
Neljänneksen pienempi voimansiirto ei kuitenkaan tarkoita vastaavaa toimintamatkan kasvua. Sähkömoottorin ja alennusvaihteen osuus auton kokonaispainosta on suhteellisen pieni, joten todellinen energiansäästö riippuu auton kokonaissuunnittelusta.
ZF:n lähestymistapa eroaa myös kilpailijoiden ratkaisuista. Osa valmistajista keskittyy magneetittomiin moottoreihin tai uusiin puolijohteisiin, mutta ZF hakee hyötyjä suuremmista pyörimisnopeuksista ja koko voimansiirron optimoinnista.
Sarjatuotanto on tarkoitus aloittaa viimeistään vuonna 2030
ZF neuvottelee jo useiden autonvalmistajien kanssa ja pyrkii aloittamaan High Revolution Driven tuotannon viimeistään vuonna 2030.
Yhtiö ei ole kertonut ensimmäisten asiakkaidensa nimiä eikä uuden voimansiirron hintaa.
ZF:n innovaation varsinainen arvo ei ole 200 kW:n tehossa, sillä markkinoilla on jo runsaasti sähköisiä voimansiirtoja, jotka yltävät samaan tehoon. Olennaista on saman tehon saavuttaminen pienemmällä ja kevyemmällä rakenteella, joka vaatii vähemmän kriittisiä materiaaleja.
Euroopan sähköautoteollisuudelle tämä voi olla tärkeämpää kuin jälleen uusi tehoennätys. Kilpailu kiinalaisvalmistajien kanssa pakottaa alentamaan kustannuksia, ja jokainen säästetty painokilo ja magneettimateriaaligramma auttaa lähestymään tätä tavoitetta.
