La nouvelle motorisation électrique de ZF développe 200 kW, avec un encombrement réduit d’un quart et deux fois moins de matériau magnétique
Le groupe technologique allemand ZF a développé une nouvelle motorisation électrique, baptisée High Revolution Drive, dont le moteur peut atteindre 30 000 tr/min. Ce régime nettement supérieur à celui des moteurs classiques permet de réduire de près de 25 % l’encombrement et le poids de la motorisation, et jusqu’à 50 % la quantité de matériau magnétique utilisée. Le système conserve une puissance maximale de 200 kW et un rendement d’environ 93 %. ZF entend lancer sa production en série d’ici à 2030 au plus tard.
Un régime plus élevé permet de réduire la taille du moteur
Le High Revolution Drive réunit un moteur électrique, un onduleur et un réducteur dans une unité de propulsion compacte trois-en-un.
Les ingénieurs ont porté le régime maximal du moteur à 30 000 tr/min, contre 18 000 tr/min au maximum pour une motorisation ZF SELECT comparable.
Le principe repose sur une relation physique simple : à puissance égale, une vitesse de rotation plus élevée nécessite moins de couple. Le rotor du moteur peut ainsi être plus petit et plus léger.
Un réducteur à deux étages, doté d’un rapport d’environ 18:1, transforme la vitesse de rotation élevée du moteur en force de traction nécessaire aux roues. La motorisation présentée développe une puissance maximale de 200 kW et fournit jusqu’à 3 500 Nm de couple aux roues. Il faut ici distinguer le couple du moteur de celui transmis aux roues : les 3 500 Nm ne correspondent pas au couple produit par le moteur électrique lui-même, mais à celui délivré aux roues par l’intermédiaire du réducteur.
Deux fois moins de matériau magnétique nécessaire
Par rapport à une motorisation SELECT de même puissance, le nouveau système nécessite près de 25 % d’espace en moins et pèse presque un quart de moins.
La réduction de 50 % de la quantité de matériau magnétique est encore plus importante.
Les métaux de terres rares utilisés dans les moteurs électriques à aimants permanents rendent leur production tributaire de chaînes d’approvisionnement internationales complexes. La diminution des besoins en matériau magnétique contribue à réduire à la fois les coûts des matériaux et la dépendance à ces chaînes d’approvisionnement.
La solution de ZF ne se passe toutefois pas totalement d’aimants.
Les vitesses de rotation élevées imposent aussi davantage de contraintes aux roulements et aux engrenages, ainsi qu’en matière d’amortissement des vibrations. ZF a conçu le moteur, le réducteur et l’électronique de puissance comme un système intégré afin de maîtriser le niveau sonore.
Le rendement obtenu est d’environ 93 %, soit le même que celui de la motorisation SELECT classique de l’entreprise.
ZF a ainsi réduit sensiblement l’encombrement et le poids sans compromettre le rendement de la motorisation comparable.
Une motorisation plus compacte offre davantage de souplesse aux constructeurs
Le High Revolution Drive est destiné aux voitures électriques produites en grande série, dont la puissance de propulsion est d’environ 150 à 200 kW.
Le système est compatible avec les architectures électriques de 400 et de 800 volts et utilise des composants issus de la plateforme SELECT existante de ZF.
Pour les constructeurs automobiles européens, cette motorisation plus compacte offre la possibilité de réduire le poids des véhicules ou de consacrer l’espace libéré aux batteries, à l’habitacle et à d’autres composants.
Il ne faut toutefois pas confondre une réduction d’un quart de l’encombrement de la motorisation avec une augmentation équivalente de l’autonomie. Le moteur électrique et le réducteur ne représentent qu’une part relativement faible du poids total d’une voiture : les économies d’énergie réelles dépendent donc de la conception globale du véhicule.
L’approche de ZF diffère également de celle de ses concurrents. Alors que certains fabricants misent sur des moteurs sans aimants ou sur de nouveaux semi-conducteurs, ZF cherche à progresser en augmentant la vitesse de rotation et en optimisant l’ensemble de la chaîne de traction.
Une production en série prévue d’ici à 2030
ZF discute déjà avec plusieurs constructeurs automobiles et entend lancer la production du High Revolution Drive d’ici à 2030 au plus tard.
L’entreprise n’a révélé ni le nom de ses premiers clients ni le prix de la nouvelle motorisation.
Le véritable intérêt de l’innovation de ZF ne réside pas dans ses 200 kW de puissance : le marché compte déjà de nombreuses motorisations électriques offrant ce niveau de performance. L’essentiel est d’obtenir la même puissance avec une conception plus compacte et plus légère, qui nécessite moins de matériaux critiques.
Pour l’industrie européenne de la voiture électrique, cela pourrait compter encore davantage qu’un nouveau record de puissance. La concurrence des constructeurs chinois pousse les coûts à la baisse, et chaque kilogramme en moins et chaque gramme de matériau magnétique économisés contribuent à se rapprocher de cet objectif.
