A ZF desenvolveu um e-drive que não necessita de ímãs. Em contraste com os conceitos livres de ímã dos chamados Motores Síncronos Excitados Separadamente (SESM) já disponíveis atualmente, o novo I²2SM (Motor Síncrono Indutivo-Excitado no Rotor) da ZF transmite a energia para o campo magnético por meio de um gerador de indução dentro do eixo do rotor. Isso torna o motor exclusivamente compacto, com máxima potência e densidade de torque.
Esta variante avançada de um motor síncrono excitado separadamente é, portanto, uma alternativa às Máquinas Síncronas de Imã Permanente (PSM). Estes últimos são atualmente os motores mais utilizados em veículos elétricos, mas baseiam-se em ímãs que requerem materiais de terras raras para a sua produção. Com o I²SM, a ZF está estabelecendo um novo padrão para tornar os motores elétricos extremamente sustentáveis na produção e altamente potentes e eficientes na operação.
“Com este e-drive sem ímã e sem materiais raros, temos outra inovação com a qual estamos melhorando consistentemente nosso portfólio de acionamento elétrico para criar uma mobilidade ainda mais sustentável, eficiente, com economia de recursos”, disse o Dr. Holger Klein, CEO do Grupo ZF. “Este é o nosso princípio orientador para todos os novos produtos. E atualmente não vemos nenhum concorrente que domine esta tecnologia tão bem quanto a ZF”. Comparado aos sistemas SESM comuns, o gerador de indução indutivo pode reduzir as perdas para a transmissão de energia em 15%. Além disso, a pegada de CO2 na produção, que surge com os motores elétricos PSM, devido aos imãs, incluindo materiais de terras raras, podem ser reduzidos em até 50%.
“Este e-drive compacto e exclusivo, sem ímãs, é uma prova impressionante de nossa estratégia para tornar os e-drives mais eficientes em termos de recursos e sustentáveis, principalmente por meio de melhorias de eficiência”, disse Stephan von Schuckmann, membro do Board Mundial do Grupo ZF.
Além dos benefícios de eliminar o uso de metais de terras raras em um pacote compacto e potente, o I²SM elimina as perdas por arrasto criadas nos motores eletrônicos PSM tradicionais. Isso permite melhor eficiência em determinados pontos de operação, como longas viagens em rodovias em alta velocidade.
O design avançado do rotor torna o e-drive muito compacto
Para garantir que o campo magnético no rotor seja criado por corrente em vez de ímãs, os conceitos convencionais SESM ainda exigem elementos deslizantes ou de escova na maioria dos casos, o que compromete a força: Um espaço de instalação seco, ou seja, não acessível para resfriamento de óleo e com vedações adicionais são necessárias. Como resultado, os SESMs convencionais ocupam cerca de 90 mm a mais de espaço axial. Como resultado, as montadoras geralmente não podem variar de forma flexível entre as variantes PSM e SESM no planejamento do seu modelo sem esforço adicional.
Para oferecer competitivamente as vantagens das Máquinas Síncronas Excitadas Separadamente, a ZF conseguiu compensar as desvantagens relacionadas ao design das Máquinas Síncronas Comuns Excitadas Separadamente. Em particular, a densidade de torque foi significativamente aumentada em comparação com o “estado da arte”, graças a um design inovador do rotor. A integração neutra em termos de espaço do gerador de indução no rotor significa que não há desvantagens de espaço axial. Além disso, um aumento na densidade de potência no rotor leva a uma melhoria no desempenho.
Transmissão indutiva como tecnologia-chave
O pré-requisito tecnológico para a inovação da ZF é que a energia seja transferida indutivamente, ou seja, sem contato mecânico, para o rotor, gerando um campo magnético por meio de bobinas. Assim, o I²SM não necessita de quaisquer elementos de escova ou anéis coletores. Além disso, não há mais necessidade de manter esta área seca por meio de vedações. Tal como acontece com o motor síncrono permanentemente magnetizado, o rotor é resfriado de forma eficiente pela circulação de óleo. Comparado ao motor síncrono comum com excitação separada, a inovação da ZF requer até 90 milímetros menos de espaço de instalação axial. Em termos de potência e densidade de torque, porém, a inovação da ZF opera no nível de um PSM.
A ZF planeja desenvolver a tecnologia I²SM até a maturidade de produção e oferecê-la como uma opção dentro de sua própria plataforma e-drive. Os clientes dos segmentos de carros de passeio e veículos comerciais podem então escolher entre uma variante com arquitetura de 400 volts ou 800 volts para suas respectivas aplicações. Este último depende de chips de carboneto de silício na eletrônica de potência.
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