Inductieve stroomtransmissie-eenheid in de rotor maakt een ultracompact e-motorontwerp mogelijk
Prestatiegegevens vergelijkbaar met synchrone machines met permanente magneet, momenteel de meest voorkomende vorm van aandrijving voor e-voertuigen
Voordelen: geen magneten of zeldzame aardmetalen, grotere voorzieningszekerheid en betere duurzaamheid en efficiëntie
Friedrichshafen, Duitsland. ZF heeft een elektromotor ontwikkeld waarvoor geen magneten nodig zijn. In tegenstelling tot de magneetvrije concepten van zogenaamde afzonderlijk aangeslagen synchrone motoren (SESM) die vandaag de dag al beschikbaar zijn, is ZF's I2SM (In-Rotor Inductieve-Excited Synchrone Motor) brengt de energie voor het magnetische veld over via een inductieve exciter in de rotoras. Dit maakt de motor uniek compact met maximaal vermogen en koppeldichtheid.
(ZF) Magneetloze E-motor
Deze geavanceerde variant van een afzonderlijk bekrachtigde synchrone motor is dus een alternatief voor synchrone machines met permanente magneet (PSM). Deze laatste zijn momenteel de motoren die het meest worden gebruikt in elektrische voertuigen, maar ze zijn gebaseerd op magneten waarvoor zeldzame aardmetalen nodig zijn voor de productie ervan. Met de ik2SM zet ZF een nieuwe standaard voor het maken van e-motoren zowel extreem duurzaam in productie als zeer krachtig en efficiënt in gebruik.
“Met deze magneetvrije e-motor zonder zeldzame aardmaterialen hebben we weer een innovatie waarmee we ons portfolio aan elektrische aandrijvingen consequent verbeteren om nog duurzamere, efficiëntere en hulpbronnenbesparende mobiliteit te creëren”, aldus Dr. Holger Klein, CEO van ZF. "Dit is ons uitgangspunt voor alle nieuwe producten. En we zien momenteel geen concurrent die deze technologie zo goed beheerst als ZF." Vergeleken met gewone SESM-systemen kan de inductieve exciter de verliezen voor de energieoverdracht naar de rotor met 15 procent verminderen. Daarnaast is de CO2De footprint in de productie, die vooral bij PSM-e-motoren ontstaat als gevolg van magneten die zeldzame aardmetalen bevatten, kan met wel 50 procent worden verminderd.
"Deze unieke compacte elektromotor zonder magneten is een indrukwekkend bewijs van onze strategie om e-drives hulpbronnenefficiënter en duurzamer te maken, voornamelijk door efficiëntieverbeteringen", aldus Stephan von Schuckmann, lid van de raad van bestuur van de ZF Group.
Naast de voordelen van het elimineren van zeldzame aardmetalen in een compact en krachtig pakket, biedt de I2SM elimineert de weerstandsverliezen die ontstaan bij traditionele PSM-e-motoren. Dit maakt een betere efficiëntie mogelijk op bepaalde werkingspunten, zoals lange ritten op de snelweg met hoge snelheid.
Geavanceerd rotorontwerp maakt de e-motor zeer compact
Om ervoor te zorgen dat het magneetveld in de rotor wordt opgebouwd door stroom in plaats van door magneten, vereisen de conventionele SESM-concepten momenteel in de meeste gevallen nog glij- of borstelelementen, wat compromissen afdwingt: Een droge installatieruimte, dat wil zeggen niet toegankelijk voor oliekoeling en met extra afdichtingen zijn noodzakelijk. Als gevolg hiervan nemen conventionele SESM's ongeveer 90 mm meer in beslag
ruimte axiaal. Als gevolg hiervan kunnen fabrikanten in hun modelplanning over het algemeen niet zonder extra inspanningen flexibel variëren tussen PSM- en SESM-varianten.
Om de voordelen van afzonderlijk bekrachtigde synchrone machines concurrerend aan te bieden, is ZF erin geslaagd de ontwerpgerelateerde nadelen van gewone afzonderlijk bekrachtigde synchrone machines te compenseren. Met name de koppeldichtheid is dankzij een innovatief rotorontwerp aanzienlijk verhoogd in vergelijking met de stand van de techniek. Door de ruimteneutrale integratie van de exciter in de rotor zijn er geen axiale ruimtenadelen. Bovendien leidt een toename van de vermogensdichtheid in de rotor tot een verbetering van de prestaties.
Inductieve excitatie als sleuteltechnologie
De technologische voorwaarde voor de ZF-innovatie is dat energie inductief, dat wil zeggen zonder mechanisch contact, naar de rotor wordt overgebracht, waarbij door middel van spoelen een magnetisch veld wordt opgewekt. Zo is de ik2Voor SM zijn geen borstelelementen of sleepringen nodig. Bovendien hoeft deze ruimte niet meer droog te worden gehouden door middel van afdichtingen. Zoals bij permanent gemagnetiseerd
synchrone motor, de rotor wordt efficiënt gekoeld door circulerende olie. Vergeleken met gewone, afzonderlijk bekrachtigde synchroonmotoren vereist de ZF-innovatie tot 90 millimeter minder axiale installatieruimte. Wat betreft vermogen en koppeldichtheid opereert de ZF-innovatie echter op het niveau van een PSM.
ZF is van plan de I2SM-technologie naar productierijpheid en biedt deze als optie aan binnen het eigen e-drive platform. Klanten uit het segment personenauto's en bedrijfsvoertuigen kunnen vervolgens kiezen tussen een variant met 400-volt-architectuur of met 800-volt-architectuur voor hun respectievelijke toepassingen. Dit laatste is afhankelijk van siliciumcarbidechips in de vermogenselektronica.
