A ZF apresentou o High Revolution Drive, um novo sistema de propulsão elétrica que utiliza rotações de até 30.000 rpm para reduzir o tamanho, o peso e a quantidade de materiais magnéticos empregados nos motores de veículos elétricos. O conjunto integra motor, eletrônica de potência e transmissão em uma única unidade, desenvolvendo até 200 kW (272 cv) e 3.500 Nm de torque nas rodas. Comparado a um sistema equivalente da plataforma SELECT, com rotação máxima de 18.000 rpm, o novo projeto ocupa aproximadamente 25% menos espaço, pesa 25% menos e utiliza 50% menos material magnético, mantendo eficiência próxima de 93%. A fabricante alemã já negocia com montadoras e pretende iniciar a produção até 2030.
A novidade representa uma abordagem diferente para melhorar a eficiência dos veículos elétricos: em vez de aumentar a capacidade da bateria, a ZF busca reduzir o tamanho e a massa dos componentes responsáveis pela propulsão.
O resultado poderá facilitar a instalação dos sistemas elétricos em diferentes plataformas, além de diminuir a necessidade de matérias-primas estratégicas.
Motor gira a 30.000 rpm para reduzir tamanho e peso
O princípio utilizado pela ZF está relacionado à ligação entre potência, torque e rotação.
Em um motor elétrico, a potência mecânica depende do torque produzido e da velocidade angular.
Para uma mesma potência, quanto maior a rotação do motor, menor será o torque necessário no próprio eixo.
Essa característica permite desenvolver um motor com rotor mais compacto, reduzindo seu volume e sua massa.
No High Revolution Drive, a rotação máxima chega a 30.000 rpm, contra 18.000 rpm da unidade SELECT utilizada como referência.
Isso representa um aumento de aproximadamente 67% na velocidade máxima de rotação.
Entretanto, um motor que gira mais rapidamente precisa de uma transmissão adequada para transformar essa rotação elevada em força utilizável nas rodas.
Transmissão com redução de 18:1 entrega 3.500 Nm
Para compensar a redução do torque disponível diretamente no eixo do motor, a ZF desenvolveu uma transmissão de engrenagens cilíndricas com dois estágios de redução.
A relação total é de aproximadamente 18:1.
Na prática, isso significa que o eixo do motor precisa completar cerca de 18 rotações para produzir uma rotação na saída da transmissão, desconsiderando eventuais relações adicionais.
Esse processo reduz a velocidade de rotação e multiplica o torque transmitido, considerando as perdas mecânicas.
A configuração apresentada pela ZF entrega 3.500 Nm de torque máximo nas rodas, equivalentes a aproximadamente 357 kgfm.
Esse número não deve ser confundido com o torque produzido diretamente pelo motor elétrico, pois inclui o efeito da redução mecânica.
Também é importante observar que a transmissão possui dois estágios de engrenagens, e não necessariamente duas marchas selecionáveis.
Novo conjunto utiliza 50% menos material magnético
Uma das vantagens mais relevantes do High Revolution Drive está na redução da quantidade de materiais magnéticos.
Segundo a ZF, o novo conjunto utiliza aproximadamente metade da massa de ímãs necessária em uma unidade SELECT equivalente.
A redução pode contribuir para diminuir custos e dependência de cadeias internacionais de fornecimento de materiais críticos.
Além disso, o sistema apresenta ganhos importantes nas dimensões físicas.
| Característica | High Revolution Drive |
|---|---|
| Rotação máxima | 30.000 rpm |
| Potência máxima | 200 kW (272 cv) |
| Torque máximo nas rodas | 3.500 Nm |
| Redução da transmissão | Aproximadamente 18:1 |
| Redução de peso | Cerca de 25% |
| Redução de espaço | Cerca de 25% |
| Redução de material magnético | 50% |
| Eficiência anunciada | Próxima de 93% |
| Compatibilidade elétrica | 400 V e 800 V |
| Produção prevista | Até 2030 |
Os percentuais foram divulgados pela fabricante em comparação com um sistema SELECT de potência equivalente.
Engenharia precisa controlar ruído e vibração
Trabalhar com rotações de 30.000 rpm representa um desafio para a durabilidade e o conforto acústico.
Quanto maior a velocidade de rotação, maior a importância do equilíbrio dinâmico do rotor, da qualidade dos rolamentos, da lubrificação e da precisão geométrica das engrenagens.
A transmissão também precisa suportar esforços elevados sem produzir níveis excessivos de ruído e vibração.
Para enfrentar essas exigências, a ZF desenvolveu motor, engrenagens, rolamentos e componentes eletrônicos como um sistema integrado.
Segundo Thomas Meiser, responsável pela unidade de negócios de E-Mobility da companhia, a meta foi alcançar robustez e baixos níveis de ruído desde as primeiras etapas do projeto.
A empresa considera as 30.000 rpm um ponto de equilíbrio entre viabilidade econômica e desempenho técnico para a configuração apresentada.
Mesmo com a rotação elevada e a maior redução mecânica, a eficiência anunciada permanece próxima de 93%, semelhante à da unidade utilizada como comparação.
Plataforma SELECT permite aplicação em diferentes veículos
O High Revolution Drive foi desenvolvido como uma variante da plataforma modular SELECT, já utilizada pela ZF em seus projetos de propulsão elétrica.
A solução reúne motor elétrico, inversor e transmissão em uma arquitetura conhecida como 3 em 1.
O inversor é responsável por controlar a energia fornecida ao motor, ajustando parâmetros elétricos necessários ao funcionamento e à entrega de torque.
A proposta inicial atende automóveis de passeio produzidos em grande escala, com potências entre aproximadamente 150 e 200 kW, equivalentes a 204 cv e 272 cv.
O projeto também é compatível com arquiteturas elétricas de 400 e 800 volts.
A utilização de componentes e soluções da plataforma SELECT poderá facilitar a adaptação do conjunto às necessidades de diferentes fabricantes.
A ZF informou que mantém negociações com diversas montadoras, mas ainda não anunciou quais veículos utilizarão a tecnologia.
Mecânica Online® com Tarcisio Dias – O High Revolution Drive demonstra que a evolução dos veículos elétricos não depende exclusivamente de baterias maiores ou motores mais potentes.
A proposta da ZF explora uma característica fundamental das máquinas elétricas: a relação entre torque, potência e velocidade de rotação.
Ao aumentar a rotação máxima e utilizar uma transmissão com maior redução, é possível produzir a mesma potência com um motor fisicamente menor.
Entretanto, a solução exige uma engenharia precisa para controlar vibrações, lubrificação, perdas mecânicas e esforços sobre os componentes.
Outro ponto relevante está na redução da quantidade de ímãs.
A diminuição de 50% no material magnético pode contribuir para reduzir custos e a dependência de determinadas matérias-primas, sem necessariamente comprometer o desempenho.
Para o consumidor, um conjunto mais leve poderá favorecer o aproveitamento do espaço interno, a distribuição de massa e a eficiência energética.
Entretanto, a ZF não divulgou um ganho específico de autonomia em quilômetros, e não seria correto atribuir um percentual de aumento de alcance apenas com base na redução do peso.
Também será importante acompanhar a confiabilidade de longo prazo de motores elétricos que trabalham continuamente em faixas elevadas de rotação.
A principal inovação está na integração entre motor, inversor e transmissão. O sistema mostra que a próxima geração de carros elétricos poderá alcançar maior eficiência com conjuntos de propulsão menores e menos dependentes de materiais estratégicos.
Para acompanhar ZF, motores elétricos, transmissões, engenharia de propulsão e tecnologias para veículos elétricos, siga @tarcisiomecanicaonline.
Retrovisor Mecânica Online® – Entenda o que está por trás da notícia
- 30.000 rpm – Rotação máxima do High Revolution Drive.
- 200 kW – Potência máxima, equivalente a aproximadamente 272 cv.
- 3.500 Nm – Torque máximo informado nas rodas.
- 18:1 – Relação aproximada de redução da transmissão.
- 25% – Redução aproximada de peso e espaço ocupado.
- 50% – Diminuição da massa de material magnético.
- 93% – Eficiência anunciada do conjunto.
- 2030 – Prazo previsto para início da produção.
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- Motor elétrico de alta rotação – Máquina elétrica desenvolvida para operar em velocidades elevadas, permitindo maior densidade de potência.
- Relação de redução – Proporção entre as rotações de entrada e saída de uma transmissão, utilizada para adequar velocidade e torque.
- Inversor – Equipamento eletrônico que controla a energia fornecida ao motor elétrico.
- Torque nas rodas – Momento de força disponível após a transmissão, influenciado pela relação de redução e pelas perdas mecânicas.
- Eficiência energética – Relação entre a energia útil entregue pelo sistema e a energia recebida.
- Arquitetura 3 em 1 – Integração de motor elétrico, eletrônica de potência e transmissão em um conjunto compacto.
