Nieuwe elektrische aandrijving van ZF met 200 kW is bijna een kwart kleiner en gebruikt half zoveel magneetmateriaal
Het Duitse technologieconcern ZF heeft een nieuwe elektrische aandrijving ontwikkeld, de High Revolution Drive, waarvan de elektromotor een toerental van maximaal 30.000 omwentelingen per minuut haalt. Doordat de motor aanzienlijk sneller draait dan conventionele motoren, kunnen de afmetingen en het gewicht van de aandrijving met bijna 25% omlaag en is tot de helft minder magneetmateriaal nodig. Het systeem levert nog steeds een piekvermogen van 200 kW en heeft een rendement van ongeveer 93%. ZF wil de technologie uiterlijk in 2030 in serieproductie brengen.
Hoger toerental maakt kleinere motor mogelijk
De High Revolution Drive combineert een elektromotor, omvormer en reductietandwielkast in een compacte drie-in-één-aandrijfeenheid.
Ingenieurs verhoogden het maximale toerental van de motor tot 30.000 omwentelingen per minuut, terwijl een vergelijkbare ZF SELECT-aandrijving maximaal 18.000 omwentelingen per minuut haalt.
De oplossing berust op eenvoudige natuurkunde: bij hetzelfde vermogen is bij een hoger toerental minder koppel nodig. Daardoor kan de rotor van de motor kleiner en lichter worden uitgevoerd.
Een tweetraps reductietandwielkast met een overbrengingsverhouding van ongeveer 18:1 zet het hoge toerental van de motor om in de trekkracht die aan de wielen nodig is. De gepresenteerde aandrijving levert een piekvermogen van 200 kW en een koppel aan de wielen van maximaal 3.500 Nm. Daarbij is het belangrijk onderscheid te maken tussen het motorkoppel en het koppel aan de wielen. De waarde van 3.500 Nm is niet het koppel van de elektromotor zelf, maar het koppel dat via de reductietandwielkast aan de wielen wordt geleverd.
Half zoveel magneetmateriaal nodig
Vergeleken met een SELECT-aandrijving met hetzelfde vermogen neemt het nieuwe systeem bijna 25% minder inbouwruimte in en weegt het bijna een kwart minder.
Nog belangrijker is dat het 50% minder magneetmateriaal nodig heeft.
Door de zeldzame aardmetalen die in elektromotoren met permanente magneten worden gebruikt, is de productie afhankelijk van complexe internationale toeleveringsketens. Minder magneetmateriaal helpt zowel de materiaalkosten als de afhankelijkheid van die ketens te beperken.
De oplossing van ZF laat magneten echter niet volledig achterwege.
Hoge toerentallen stellen ook hogere eisen aan lagers, tandwielen en trillingsdemping. ZF ontwikkelde de motor, de reductietandwielkast en de vermogenselektronica als één geïntegreerd systeem om het geluidsniveau binnen de perken te houden.
Het resultaat is een rendement van ongeveer 93%, gelijk aan dat van de conventionele SELECT-aandrijving van het bedrijf.
ZF heeft daarmee de afmetingen en het gewicht aanzienlijk verminderd zonder in te leveren op het rendement ten opzichte van de vergelijkbare aandrijving.
Kleinere aandrijving geeft autofabrikanten meer ruimte
De High Revolution Drive is bedoeld voor elektrische auto's die in grote aantallen worden geproduceerd en een aandrijfvermogen van ongeveer 150 tot 200 kW hebben.
Het systeem is geschikt voor zowel 400- als 800volts elektrische architecturen en gebruikt componenten van het bestaande SELECT-platform van ZF.
Voor Europese autofabrikanten biedt de compactere aandrijving de mogelijkheid het voertuiggewicht te verlagen of de vrijgekomen ruimte te benutten voor accu's, de passagiersruimte en andere onderdelen.
Een aandrijving die een kwart kleiner is, betekent echter niet dat de actieradius evenredig toeneemt. De elektromotor en reductietandwielkast maken een relatief klein deel uit van het totale autogewicht. De daadwerkelijke energiebesparing hangt daarom af van het ontwerp van de auto als geheel.
ZF kiest bovendien een andere aanpak dan zijn concurrenten. Terwijl sommige fabrikanten zich richten op motoren zonder magneten of nieuwe halfgeleiders, zoekt ZF de winst in hogere toerentallen en optimalisatie van de complete aandrijflijn.
Serieproductie gepland uiterlijk in 2030
ZF is al in gesprek met verschillende autofabrikanten en wil uiterlijk in 2030 beginnen met de productie van de High Revolution Drive.
Het bedrijf heeft de namen van zijn eerste klanten en de prijs van de nieuwe aandrijving niet bekendgemaakt.
De werkelijke waarde van de innovatie van ZF zit niet in het vermogen van 200 kW: er zijn al volop elektrische aandrijvingen op de markt die dat prestatieniveau halen. Van belang is dat hetzelfde vermogen wordt bereikt met een kleinere, lichtere constructie waarvoor minder kritieke materialen nodig zijn.
Voor de Europese elektrische-auto-industrie kan dat nog belangrijker zijn dan een nieuw vermogensrecord. De concurrentie met Chinese fabrikanten dwingt tot lagere kosten, en elke bespaarde kilogram gewicht en gram magneetmateriaal helpt om dat doel dichterbij te brengen.
