A differenza dei motori senza magneti sincroni ad eccitazione separata (SESM) già disponibili oggi, il motore sincrono ad eccitazione induttiva di ZF trasmette l’energia per il campo magnetico tramite un eccitatore induttivo all’interno dell’albero del rotore tendendo il propulsore straordinariamente compatto e competitivo.
ZF Friedrichshafen, leader tedesco nelle forniture automotive, annuncia di aver sviluppato un motore elettrico che non necessita di magneti. A differenza dei motori senza magneti dei cosiddetti motori sincroni ad eccitazione separata (SESM) già disponibili oggi, il motore sincrono ad eccitazione induttiva I2SM di ZF trasmette l’energia per il campo magnetico tramite un eccitatore induttivo all’interno del albero del rotore. Ciò rende il motore straordinariamente compatto con la massima potenza e densità di coppia.
Questa variante avanzata di un motore sincrono ad eccitazione separata rappresenta quindi un’alternativa alle macchine sincrone a magneti permanenti (PSM). Questi ultimi sono attualmente i motori più utilizzati nei veicoli elettrici, ma si basano su magneti che richiedono terre rare per la loro produzione. Con I2 SM, ZF stabilisce un nuovo standard per la realizzazione di motori elettrici estremamente sostenibili nella produzione e potenti ed efficienti durante il funzionamento.
“Con questo motore elettrico senza magneti e senza terre rare, proponiamo un’altra innovazione con la quale miglioriamo costantemente il nostro portafoglio di azionamenti elettrici per creare una mobilità ancora più sostenibile, efficiente e rispettosa delle risorse“, ha affermato il Dr. Holger Klein, CEO di ZF. “Questo è il nostro principio guida per tutti i nuovi prodotti. E attualmente non vediamo nessun concorrente che padroneggi questa tecnologia come ZF”. Rispetto ai comuni sistemi SESM, l’eccitatore induttivo può ridurre del 15% le perdite per la trasmissione di energia nel rotore. Inoltre, l’impronta di CO2 nella produzione, dovuta in gran parte ai magneti contenenti terre rare, può essere ridotta fino al 50%.
“Questo motore elettrico unico e compatto, senza magneti, è una prova evidente della nostra strategia volta a rendere gli azionamenti elettrici più efficienti in termini di risorse e più sostenibili, principalmente attraverso miglioramenti dell’efficienza”, ha affermato Stephan von Schuckmann, membro del consiglio di amministrazione del gruppo ZF.
Oltre ai vantaggi derivanti dall’eliminazione delle terre rare in una soluzione compatta e potente, I2SM elimina le perdite per trascinamento create nei tradizionali motori elettrici PSM. Ciò consente una migliore efficienza in determinate situazioni operative, come i lunghi viaggi in autostrada ad alta velocità.
Il design avanzato del rotore rende il motore elettrico molto compatto
Per garantire che il campo magnetico nel rotore venga creato dalla corrente anziché dai magneti, i concetti SESM convenzionali richiedono nella maggior parte dei casi ancora elementi scorrevoli o a spazzola, che costringono a compromessi: uno spazio di installazione asciutto, cioè non accessibile per il raffreddamento dell’olio e con guarnizioni aggiuntive. Di conseguenza, i SESM convenzionali occupano assialmente circa 90 mm di spazio in più. Di conseguenza, i produttori generalmente non possono variare in modo flessibile tra le varianti PSM e SESM nella pianificazione del modello senza costi aggiuntivi.
Per offrire in modo competitivo i vantaggi delle macchine sincrone ad eccitazione separata, ZF è riuscita a compensare gli svantaggi legati alla progettazione delle comuni macchine sincrone ad eccitazione separata. In particolare, la densità di coppia è stata notevolmente aumentata rispetto allo stato dell’arte grazie ad un design innovativo del rotore. L’integrazione dell’eccitatore nel rotore, senza ulteriore impiego di volume, fa sì che non vi siano svantaggi di spazio assiale. Inoltre, un aumento della densità di potenza nel rotore porta ad un miglioramento delle prestazioni.
Eccitazione induttiva come tecnologia chiave
Il presupposto tecnologico per l’innovazione ZF è che l’energia venga trasferita induttivamente, cioè senza contatto meccanico, nel rotore, generando un campo magnetico mediante bobine. Pertanto, l’I2SM non necessita di elementi a spazzola o anelli collettori. Inoltre, non è più necessario mantenere asciutta questa zona mediante guarnizioni. Come nel caso del motore sincrono magnetizzato permanentemente, il rotore viene raffreddato in modo efficiente mediante la circolazione dell’olio. Rispetto ai comuni motori sincroni ad eccitazione separata, l’innovazione ZF richiede fino a 90 millimetri in meno di spazio per l’installazione assiale. In termini di potenza e densità di coppia, tuttavia, il motore ZF funziona al livello di un PSM.
ZF prevede di sviluppare la tecnologia I2SM fino alla maturità produttiva e di offrirla come opzione all’interno della propria piattaforma e-drive. I clienti dei segmenti delle autovetture e dei veicoli commerciali possono quindi scegliere tra una variante con architettura a 400 volt o con architettura a 800 volt per le rispettive applicazioni. Quest’ultimo utilizza elettronica di potenza con MOSFET al carburo di silicio.
