Induktiv strömöverföringsenhet inuti rotorn möjliggör ultrakompakt e-motordesign
Prestandadata i nivå med permanentmagnetsynkrona maskiner, för närvarande den vanligaste formen av drivning för e-fordon
Fördelar: inga magneter eller sällsynta jordartsmetaller, ökad leveranssäkerhet och bättre hållbarhet och effektivitet
Friedrichshafen, Tyskland. ZF har utvecklat en elmotor som inte kräver magneter. I motsats till de magnetfria koncepten med så kallade separat exciterade synkronmotorer (SESM) som redan finns tillgängliga idag, är ZF:s I2SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) överför energin för magnetfältet via en induktiv exciter inuti rotoraxeln. Detta gör motorn unikt kompakt med maximal effekt och vridmomentdensitet.
（ZF） Magnet Mindre E-motor
Denna avancerade variant av en separat exciterad synkronmotor är alltså ett alternativ till permanentmagnetsynkrona maskiner (PSM). De senare är för närvarande de motorer som används mest i elfordon, men de är baserade på magneter som kräver sällsynta jordartsmetaller för sin produktion. Med I2SM, ZF sätter en ny standard för att göra e-motorer både extremt hållbara i produktion och mycket kraftfulla och effektiva i drift.
"Med denna magnetfria e-motor utan sällsynta jordartsmetaller har vi ytterligare en innovation med vilken vi konsekvent förbättrar vår portfölj av elektriska drivenheter för att skapa ännu mer hållbar, effektiv och resursbesparande mobilitet", säger Dr. Holger Klein, VD för ZF. "Detta är vår vägledande princip för alla nya produkter. Och vi ser för närvarande ingen konkurrent som behärskar denna teknik lika bra som ZF." Jämfört med vanliga SESM-system kan den induktiva mataren minska förlusterna för energiöverföringen in i rotorn med 15 procent. Dessutom har CO2fotavtryck i produktionen, som uppstår med PSM e-motorer i synnerhet på grund av magneter inklusive sällsynta jordartsmetaller, kan minskas med upp till 50 procent.
"Denna unikt kompakta elmotor utan magneter är ett imponerande bevis på vår strategi att göra e-drives mer resurseffektiva och hållbara, främst genom effektivitetsförbättringar", säger Stephan von Schuckmann, styrelseledamot för ZF Group.
Förutom fördelarna med att eliminera sällsynta jordartsmetaller i en kompakt och kraftfull förpackning, har I2SM eliminerar dragförlusterna som skapas i traditionella PSM e-motorer. Detta möjliggör bättre effektivitet vid vissa driftpunkter, såsom långa landsvägsresor i hög hastighet.
Avancerad rotordesign gör e-motorn mycket kompakt
För att säkerställa att magnetfältet i rotorn byggs upp av ström istället för magneter kräver de konventionella SESM-koncepten idag fortfarande glid- eller borstelement i de flesta fall, vilket tvingar kompromisser: Ett torrt installationsutrymme, dvs inte tillgängligt för oljekylning och med ytterligare tätningar är nödvändiga. Som ett resultat tar konventionella SESM:er upp cirka 90 mm mer
utrymme axiellt. Som ett resultat av detta kan tillverkare i allmänhet inte variera flexibelt mellan PSM- och SESM-varianter i sin modellplanering utan extra ansträngning.
För att kunna erbjuda fördelarna med separat exciterade synkronmaskiner konkurrenskraftigt har ZF lyckats kompensera för de designrelaterade nackdelarna med vanliga separat exciterade synkronmaskiner. I synnerhet har vridmomentdensiteten ökat avsevärt jämfört med den senaste tekniken tack vare en innovativ rotordesign. Den utrymmesneutrala integrationen av excitern i rotorn gör att det inte finns några axiella utrymmesnackdelar. Dessutom leder en ökning av effekttätheten i rotorn till en förbättring av prestanda.
Induktiv excitation som nyckelteknik
Den tekniska förutsättningen för ZF-innovationen är att energi överförs induktivt, dvs utan mekanisk kontakt, till rotorn och genererar ett magnetfält med hjälp av spolar. Alltså I2SM kräver inga borstelement eller släpringar. Dessutom finns det inte längre något behov av att hålla detta område torrt med hjälp av tätningar. Som med permanent magnetiserad
synkronmotor kyls rotorn effektivt av cirkulerande olja. Jämfört med vanliga separat exciterade synkronmotorer kräver ZF-innovationen upp till 90 millimeter mindre axiellt installationsutrymme. När det gäller kraft och vridmomentdensitet fungerar ZF-innovationen på samma nivå som en PSM.
ZF planerar att utveckla I2SM-teknologi till produktionsmognad och erbjuda den som tillval inom sin egen e-drive-plattform. Kunder från segmenten personbilar och kommersiella fordon kan sedan välja mellan en variant med 400-voltarkitektur eller med 800-voltarkitektur för sina respektive applikationer. Den senare förlitar sig på kiselkarbidchips i kraftelektroniken.
