Nowy napęd elektryczny ZF o mocy 200 kW jest o jedną czwartą mniejszy i wymaga o połowę mniej materiału magnetycznego

Wyższe obroty pozwalają zmniejszyć rozmiary silnika

High Revolution Drive łączy silnik elektryczny, falownik i przekładnię redukcyjną w kompaktowym zespole napędowym typu „trzy w jednym”.

Inżynierowie zwiększyli maksymalną prędkość obrotową silnika do 30 000 obr./min, podczas gdy porównywalny napęd ZF SELECT pracuje z prędkością do 18 000 obr./min.

Rozwiązanie opiera się na prostej zależności fizycznej: przy tej samej mocy wyższa prędkość obrotowa oznacza mniejsze zapotrzebowanie na moment obrotowy. Dzięki temu wirnik silnika może być mniejszy i lżejszy.

Dwustopniowa przekładnia redukcyjna o przełożeniu około 18:1 przekształca wysoką prędkość obrotową silnika w siłę napędową potrzebną na kołach. Zaprezentowany napęd osiąga moc szczytową 200 kW i moment obrotowy na kołach do 3500 Nm. Trzeba przy tym odróżnić moment obrotowy silnika od momentu na kołach. Wartość 3500 Nm nie oznacza momentu obrotowego samego silnika elektrycznego, lecz moment przekazywany na koła przez przekładnię redukcyjną.

Zapotrzebowanie na materiał magnetyczny mniejsze o połowę

W porównaniu z napędem SELECT o tej samej mocy nowy układ wymaga niemal 25 proc. mniej miejsca do montażu i waży prawie o jedną czwartą mniej.

Jeszcze ważniejsze jest zmniejszenie ilości materiału magnetycznego o 50 proc.

Metale ziem rzadkich stosowane w silnikach elektrycznych z magnesami trwałymi uzależniają produkcję od złożonych międzynarodowych łańcuchów dostaw. Mniejsze zapotrzebowanie na magnesy pomaga ograniczyć zarówno koszty materiałów, jak i zależność od łańcuchów dostaw.

Rozwiązanie ZF nie eliminuje jednak magnesów całkowicie.

Wysokie prędkości obrotowe stawiają też większe wymagania łożyskom, przekładniom i układom tłumienia drgań. Aby utrzymać hałas pod kontrolą, ZF opracował silnik, przekładnię redukcyjną i układ energoelektroniczny jako zintegrowany system.

W rezultacie sprawność wynosi około 93 proc., tyle samo co w konwencjonalnym napędzie SELECT tej firmy.

Oznacza to, że ZF znacznie zmniejszył rozmiary i masę napędu bez obniżenia sprawności względem porównywalnego układu.

Mniejszy napęd daje producentom samochodów większą swobodę

High Revolution Drive jest przeznaczony do masowo produkowanych samochodów elektrycznych o mocy napędu około 150–200 kW.

Układ jest zgodny zarówno z architekturą elektryczną 400 V, jak i 800 V oraz wykorzystuje komponenty z istniejącej platformy SELECT firmy ZF.

Producenci samochodów mogą dzięki bardziej kompaktowemu napędowi zmniejszyć masę pojazdu lub wykorzystać odzyskaną przestrzeń na akumulatory, kabinę pasażerską i inne komponenty.

Nie należy jednak utożsamiać napędu mniejszego o jedną czwartą z takim samym wzrostem zasięgu. Silnik elektryczny i przekładnia redukcyjna stanowią stosunkowo niewielką część całkowitej masy samochodu, dlatego rzeczywiste oszczędności energii zależą od konstrukcji całego pojazdu.

Podejście ZF różni się też od rozwiązań konkurentów. Podczas gdy niektórzy producenci koncentrują się na silnikach bez magnesów lub nowych półprzewodnikach, ZF stawia na wyższą prędkość obrotową i optymalizację całego układu napędowego.

Produkcja seryjna planowana najpóźniej w 2030 roku

ZF prowadzi już rozmowy z kilkoma producentami samochodów i zamierza rozpocząć produkcję High Revolution Drive najpóźniej w 2030 roku.

Firma nie ujawniła nazw pierwszych klientów ani ceny nowego napędu.

Rzeczywista wartość innowacji ZF nie tkwi w mocy 200 kW, ponieważ na rynku jest już wiele napędów elektrycznych oferujących taką moc. Znaczenie ma uzyskanie tej samej mocy przy mniejszych rozmiarach, niższej masie i mniejszym zapotrzebowaniu na surowce krytyczne.

Dla europejskiej branży samochodów elektrycznych może to być nawet ważniejsze niż kolejny rekord mocy. Konkurencja ze strony chińskich producentów wymusza obniżanie kosztów, a każdy zaoszczędzony kilogram masy i gram materiału magnetycznego pomaga zbliżyć się do tego celu.