Безмагнитный электродвигатель ZF позволит снизить зависимость от драгоценных металлов
В отличие от уже представленных на рынке безмагнитных синхронных двигателей с раздельным механизмом возбуждения (SESM), двигатель с индуктивным возбуждением ZF, называемый I2SM, передает энергию магнитного поля через индуктивный возбудитель внутри вала ротора. По словам Мартина Фишера, члена правления ZF, эта технология позволяет создавать компактные двигатели с максимальной плотностью мощности и крутящего момента.
Усовершенствованный вариант синхронного двигателя с отдельным возбуждением является альтернативой синхронным машинам с постоянными магнитами (PSM), то есть двигателям, которые чаще всего используются в электромобилях. Эти стандартные двигатели основаны на магнитах, для которых требуются редкоземельные материалы. По словам Фишера, I2SM ZF устанавливает новый стандарт для создания электронных двигателей, которые будут стабильными в производстве, а также мощными и эффективными в эксплуатации.
«Благодаря нашей технологии, можно заменить магниты, но при этом сохранить ту же производительность, что и при использовании синхронных машин. Электрический ток будет создавать магнитное поле, такое же хорошее, как при помощи магнитов. Но при этом оно будет лучше, чем от синхронной машины, в которой используются другие типы электросчетчиков» — дал пояснение Фишер.
Также он добавил, что данное решение даст геополитические преимущества. Например, снизит зависимость от поставок драгоценных металлов из Китая, которые требуются для производства магнитных двигателей.
«Безмагнитный двигатель, производимый без использования редкоземельных материалов, позволил нам создать еще одну инновацию. С ее помощью мы сможем постоянно совершенствовать нашу линейку электроприводов, чтобы создать еще более устойчивую, эффективную и ресурсосберегающую технологию» — говорит доктор Хольгер Кляйн, генеральный директор ZF – «Это принцип, которым мы руководствуемся при создании новых продуктов. На данный момент у нас нет конкурентов, которые бы владели этой технологией также хорошо, как ZF».
В сравнении со стандартными системами SESM, индуктивный возбудитель дает возможность снизить потери при передачи энергии в ротор на 15%. Помимо этого, выбросы углекислого газа, который возникает при производстве PSM из-за магнитов, сократятся до 50%.
«Уникальный компактный электродвигатель без магнитов — впечатляющий результат нашей стратегии делать электронный приводы более устойчивыми за счет повышения их эффективности» — дал комментарий Стефан фон Шукманн, член правления ZF Group — «Мы последовательно используем эффективную 800-вольтовую технологию карбида кремния, при этом исключив редкоземельные элементы, а также не увеличив размеры и вес конечного продукта».
Еще одним преимуществом является то, что I2SM устраняет потери на сопротивление, которые возникают в традиционных двигателях PSM. Это дает более высокую эффективность при выполнении различных операций. В частности, во время длительных поездок по шоссе на высокой скорости.
Усовершенствованная конструкция ротора делает электродвигатель очень компактным
Чтобы гарантировать, что магнитное поле в роторе создается за счет тока, а не магнитов, стоит сказать, что в традиционных концепциях SESM в большинстве случаев по-прежнему требуются скользящие или щеточные элементы, что приводит к необходимости идти на компромисс. Речь идет о пространстве для установки, которое не позволяет охлаждать масло и требует дополнительных уплотнений. По этой причине, как объяснил Фишер, обычные SESM занимают приблизительно на 90 мм больше пространства в осевом направлении. Как следствие, производители не могут переключаться между вариантами PSM и SESM, не прикладывая для этого дополнительных усилий.
Модели ZF удалось нивелировать недостатки обычных синхронных машин с раздельным возбуждением, чтобы предложить на рынок конкурентоспособную инновацию. В частности, по данным компании, плотность крутящего элемента была увеличена за счет конструкции ротора. Также отмечается, что технология внедрения возбудителя в ротор позволяет сделать двигатель нейтральным с точки зрения занимаемого пространства. Это значит, что удастся повысить удельную мощность в роторе, что приведет к увеличению производительности.
Индуктивное возбуждение как важнейшая технология
Технологической предпосылкой для инноваций ZF является индуктивная передача энергии (без механического контакта) в ротор, создающее магнитное поле через катушки. Благодаря этому для I2SM не требуются какие-либо щеточные элементы или контактные кольца. Таким образом, отпадает необходимость защищать эту область с помощью уплотнителей от влаги. Как и в случае с синхронным двигателем с постоянным намагничиванием, циркулирующее масло охлаждает ротор. По сравнению с обычными синхронными двигателями с раздельным возбуждением, инновация ZF требует на 90 мм меньше осевого пространства для установки. Однако с точки зрения мощности и крутящего элемента, инновация ZF работает на уровне PSM.
ZF планирует довести технологию I2SM до производственного запуска и предложить ее в качестве альтернативы на своей платформе e-drive. Фишер добавил, что покупатели коммерческих автомобилей могут выбирать между вариантами с 400-вольтовой и 800-вольтовой конструкцией в зависимости от сферы применения. Последнее основано на чипах из карбида кремния в силовой электронике.
