La nuova unità di trazione elettrica ZF da 200 kW è più piccola di un quarto e richiede la metà del materiale magnetico
Il gruppo tecnologico tedesco ZF ha sviluppato una nuova unità di trazione elettrica, la High Revolution Drive, il cui motore raggiunge velocità fino a 30.000 giri/min. Grazie a un regime di rotazione nettamente superiore a quello dei motori convenzionali, ingombri e peso si riducono di quasi il 25% e l’impiego di materiale magnetico fino alla metà. Il sistema eroga comunque una potenza di picco di 200 kW, con un’efficienza intorno al 93%. ZF punta ad avviarne la produzione in serie entro il 2030 al più tardi.
Un regime di rotazione più elevato permette di ridurre le dimensioni del motore
La High Revolution Drive integra motore elettrico, inverter e riduttore in un’unità di trazione compatta tre in uno.
Gli ingegneri hanno portato il regime massimo del motore a 30.000 giri/min, contro i 18.000 giri/min raggiunti da un’unità ZF SELECT comparabile.
La soluzione si basa su un semplice principio fisico: a parità di potenza, all’aumentare del regime di rotazione diminuisce la coppia necessaria. Il rotore del motore può così essere più piccolo e leggero.
Un riduttore a due stadi, con un rapporto di circa 18:1, trasforma l’elevato regime di rotazione del motore nella forza di trazione necessaria alle ruote. L’unità presentata eroga una potenza di picco di 200 kW e fino a 3.500 Nm di coppia alle ruote. È importante distinguere la coppia del motore da quella alle ruote: il valore di 3.500 Nm non indica la coppia erogata dal motore elettrico, ma quella trasmessa alle ruote attraverso il riduttore.
Fabbisogno di materiale magnetico dimezzato
Rispetto a un’unità SELECT della stessa potenza, il nuovo sistema richiede quasi il 25% di spazio in meno per l’installazione e pesa quasi un quarto in meno.
Ancora più significativa è la riduzione del 50% della quantità di materiale magnetico.
I metalli delle terre rare impiegati nei motori elettrici a magneti permanenti rendono la produzione dipendente da complesse catene di approvvigionamento internazionali. Un minore fabbisogno di materiale magnetico contribuisce a ridurre sia i costi dei materiali sia la dipendenza da queste catene.
La soluzione di ZF, tuttavia, non elimina del tutto i magneti.
Regimi di rotazione elevati impongono inoltre requisiti più severi a cuscinetti, ingranaggi e sistemi di smorzamento delle vibrazioni. ZF ha sviluppato motore, riduttore ed elettronica di potenza come un sistema integrato per tenere sotto controllo la rumorosità.
Il risultato è un’efficienza intorno al 93%, pari a quella dell’unità SELECT convenzionale dell’azienda.
ZF è quindi riuscita a ridurre sensibilmente dimensioni e peso senza compromettere l’efficienza rispetto all’unità comparabile.
Un’unità più piccola offre maggiore flessibilità alle case automobilistiche
La High Revolution Drive è destinata alle auto elettriche prodotte in grandi volumi, con una potenza di trazione di circa 150–200 kW.
Il sistema è compatibile con architetture elettriche sia a 400 sia a 800 volt e utilizza componenti della piattaforma SELECT già esistente di ZF.
Per le case automobilistiche europee, l’unità più compatta offre la possibilità di ridurre il peso del veicolo oppure di destinare lo spazio liberato alle batterie, all’abitacolo e ad altri componenti.
Un’unità più piccola del 25% non va però confusa con un aumento equivalente dell’autonomia. Il motore elettrico e il riduttore rappresentano una quota relativamente piccola del peso complessivo di un’auto, quindi il risparmio energetico effettivo dipende dalla configurazione generale del veicolo.
L’approccio di ZF è diverso anche da quello dei concorrenti. Mentre alcuni produttori puntano su motori senza magneti o su nuovi semiconduttori, ZF cerca miglioramenti attraverso regimi di rotazione più elevati e l’ottimizzazione dell’intera catena cinematica.
Produzione in serie prevista entro il 2030
ZF è già in trattative con diverse case automobilistiche e punta ad avviare la produzione della High Revolution Drive entro il 2030 al più tardi.
L’azienda non ha reso noti i nomi dei primi clienti né il prezzo della nuova unità di trazione.
Il vero valore dell’innovazione di ZF non sta nella potenza di 200 kW: sul mercato esistono già numerose unità di trazione elettriche che offrono prestazioni di questo livello. Conta invece ottenere la stessa potenza con una soluzione più piccola e leggera, che richiede meno materiali critici.
Per l’industria europea dell’auto elettrica, questo potrebbe essere ancora più importante di un nuovo primato di potenza. La concorrenza dei produttori cinesi spinge a ridurre i costi e ogni chilogrammo di peso e ogni grammo di materiale magnetico risparmiato contribuisce ad avvicinarsi a questo obiettivo.
