Νέα ηλεκτρική μονάδα κίνησης 200 kW της ZF: κατά 25% μικρότερη, με τη μισή ποσότητα υλικού μαγνητών
Ο γερμανικός όμιλος τεχνολογίας ZF ανέπτυξε μια νέα ηλεκτρική μονάδα κίνησης, τη High Revolution Drive, της οποίας ο κινητήρας φτάνει έως τις 30.000 στροφές ανά λεπτό. Η λειτουργία σε σημαντικά υψηλότερες στροφές από τους συμβατικούς κινητήρες επιτρέπει τη μείωση των διαστάσεων και του βάρους της μονάδας κατά σχεδόν 25%, καθώς και της ποσότητας υλικού μαγνητών έως και κατά το ήμισυ. Το σύστημα εξακολουθεί να αποδίδει μέγιστη ισχύ 200 kW και να επιτυγχάνει απόδοση περίπου 93%. Η ZF στοχεύει να ξεκινήσει τη μαζική παραγωγή της τεχνολογίας το αργότερο έως το 2030.
Οι υψηλότερες στροφές επιτρέπουν μικρότερο κινητήρα
Η High Revolution Drive συνδυάζει ηλεκτροκινητήρα, αντιστροφέα και μειωτήρα σε μια συμπαγή μονάδα κίνησης τρία σε ένα.
Οι μηχανικοί αύξησαν τη μέγιστη ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα στις 30.000 στροφές ανά λεπτό, ενώ μια συγκρίσιμη μονάδα κίνησης ZF SELECT λειτουργεί έως τις 18.000 στροφές ανά λεπτό.
Η λύση βασίζεται σε μια απλή φυσική αρχή: για την ίδια ισχύ, όσο αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής τόσο λιγότερη ροπή απαιτείται. Έτσι, ο ρότορας του κινητήρα μπορεί να γίνει μικρότερος και ελαφρύτερος.
Ένας μειωτήρας δύο σταδίων, με σχέση μετάδοσης περίπου 18:1, μετατρέπει την υψηλή ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα στην ελκτική δύναμη που απαιτείται στους τροχούς. Η μονάδα κίνησης που παρουσιάστηκε αποδίδει μέγιστη ισχύ 200 kW και ροπή έως 3.500 Nm στους τροχούς. Εδώ έχει σημασία να γίνει διάκριση μεταξύ της ροπής του κινητήρα και της ροπής στους τροχούς. Η τιμή των 3.500 Nm δεν αφορά τη ροπή που παράγει ο ίδιος ο ηλεκτροκινητήρας, αλλά εκείνη που φτάνει στους τροχούς μέσω του μειωτήρα.
Στο μισό η απαιτούμενη ποσότητα μαγνητών
Σε σύγκριση με μια μονάδα κίνησης SELECT ίδιας ισχύος, το νέο σύστημα απαιτεί σχεδόν 25% λιγότερο χώρο εγκατάστασης και ζυγίζει σχεδόν ένα τέταρτο λιγότερο.
Ακόμη σημαντικότερη είναι η μείωση κατά 50% της ποσότητας υλικού μαγνητών.
Οι σπάνιες γαίες που χρησιμοποιούνται στους ηλεκτροκινητήρες μόνιμων μαγνητών καθιστούν την παραγωγή εξαρτημένη από σύνθετες διεθνείς εφοδιαστικές αλυσίδες. Η μικρότερη απαιτούμενη ποσότητα μαγνητών συμβάλλει στη μείωση τόσο του κόστους υλικών όσο και της εξάρτησης από αυτές τις αλυσίδες.
Ωστόσο, η λύση της ZF δεν καταργεί εντελώς τους μαγνήτες.
Οι υψηλές ταχύτητες περιστροφής αυξάνουν επίσης τις απαιτήσεις για τα έδρανα, τα γρανάζια και την απόσβεση των κραδασμών. Η ZF ανέπτυξε τον κινητήρα, τον μειωτήρα και τα ηλεκτρονικά ισχύος ως ενιαίο σύστημα, ώστε να διατηρήσει τον θόρυβο υπό έλεγχο.
Το αποτέλεσμα είναι απόδοση περίπου 93%, ίδια με εκείνη της συμβατικής μονάδας κίνησης SELECT της εταιρείας.
Αυτό σημαίνει ότι η ZF πέτυχε σημαντική μείωση των διαστάσεων και του βάρους χωρίς να θυσιάσει την απόδοση της συγκρίσιμης μονάδας κίνησης.
Μια μικρότερη μονάδα κίνησης δίνει μεγαλύτερη ευελιξία στους κατασκευαστές αυτοκινήτων
Η High Revolution Drive προορίζεται για ηλεκτρικά αυτοκίνητα μαζικής παραγωγής με ισχύ κίνησης περίπου 150–200 kW.
Το σύστημα είναι συμβατό με ηλεκτρικές αρχιτεκτονικές τόσο 400 όσο και 800 βολτ και χρησιμοποιεί εξαρτήματα από την υπάρχουσα πλατφόρμα SELECT της ZF.
Για τους Ευρωπαίους κατασκευαστές αυτοκινήτων, η πιο συμπαγής μονάδα κίνησης προσφέρει τη δυνατότητα να μειώσουν το βάρος του οχήματος ή να αξιοποιήσουν τον χώρο που απελευθερώνεται για μπαταρίες, την καμπίνα επιβατών και άλλα εξαρτήματα.
Ωστόσο, μια μονάδα κίνησης που είναι κατά ένα τέταρτο μικρότερη δεν συνεπάγεται αντίστοιχη αύξηση της αυτονομίας. Ο ηλεκτροκινητήρας και ο μειωτήρας αντιπροσωπεύουν σχετικά μικρό μέρος του συνολικού βάρους ενός αυτοκινήτου, οπότε η πραγματική εξοικονόμηση ενέργειας εξαρτάται από τη συνολική σχεδίαση του οχήματος.
Η προσέγγιση της ZF διαφέρει επίσης από εκείνες των ανταγωνιστών της. Ενώ ορισμένοι κατασκευαστές επικεντρώνονται σε κινητήρες χωρίς μαγνήτες ή σε νέους ημιαγωγούς, η ZF επιδιώκει βελτιώσεις μέσω υψηλότερων ταχυτήτων περιστροφής και βελτιστοποίησης ολόκληρου του συστήματος κίνησης.
Προγραμματίζεται μαζική παραγωγή έως το 2030
Η ZF βρίσκεται ήδη σε συνομιλίες με αρκετούς κατασκευαστές αυτοκινήτων και στοχεύει να αρχίσει την παραγωγή της High Revolution Drive το αργότερο έως το 2030.
Η εταιρεία δεν έχει αποκαλύψει τα ονόματα των πρώτων πελατών της ούτε την τιμή της νέας μονάδας κίνησης.
Η ουσιαστική αξία της καινοτομίας της ZF δεν βρίσκεται στην ισχύ των 200 kW, καθώς στην αγορά υπάρχουν ήδη πολλές ηλεκτρικές μονάδες κίνησης με αντίστοιχη ισχύ. Αυτό που έχει σημασία είναι ότι επιτυγχάνει την ίδια ισχύ με μικρότερες διαστάσεις, χαμηλότερο βάρος και λιγότερα κρίσιμα υλικά.
Για την ευρωπαϊκή βιομηχανία ηλεκτρικών αυτοκινήτων, αυτό θα μπορούσε να είναι ακόμη σημαντικότερο από ένα ακόμη ρεκόρ ισχύος. Ο ανταγωνισμός με τους Κινέζους κατασκευαστές πιέζει προς τα κάτω το κόστος και κάθε κιλό βάρους και κάθε γραμμάριο υλικού μαγνητών που εξοικονομείται συμβάλλει στην προσέγγιση αυτού του στόχου.
