A ZF desenvolveu um motor elétrico que não necessita de íman. Em contraste com os conceitos livres de ímanes dos chamados motores síncronos excitados separadamente (SESM) já disponíveis atualmente, o I2SM (Motor Síncrono Indutivo-Excitado no Rotor) da ZF transmite a energia para o campo magnético através de um excitador indutivo dentro do eixo do rotor.
O que torna o motor exclusivamente compacto com máxima potência e densidade de binário. Esta variante avançada de um motor síncrono excitado separadamente é, assim, uma alternativa às máquinas síncronas de ímanes permanente (PSM).
Estes últimos são, atualmente, os motores mais utilizados em veículos elétricos, mas baseiam-se em ímanes que requerem materiais de terras raras para a sua produção. Com o I2SM, a ZF está a estabelecer um novo padrão para tornar os motores elétricos extremamente sustentáveis na produção e altamente potentes e eficientes na operação.
“Com este motor elétrico sem ímanes e sem materiais de terras raras, temos outra inovação com a qual estamos a melhorar, de forma consistente, nosso portefólio de acionamento elétrico para criar uma mobilidade ainda mais sustentável, eficiente e que economiza recursos”, disse Holger Klein, CEO da 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”, frisou.
Comparado com os sistemas SESM comuns, o excitador indutivo pode reduzir as perdas na transmissão de energia para o rotor em 15%. Além disso, a pegada de CO2 na produção, que surge com os motores elétricos PSM, em particular devido aos ímanes, incluindo materiais de terras raras, pode ser reduzida em até 50%.
“Este motor elétrico compacto e exclusivo, sem ímanes, é uma prova impressionante da nossa estratégia para tornar os e-drives mais eficientes em termos de recursos e sustentáveis, principalmente por intermédio de melhorias de eficiência”, disse Stephan von Schuckmann, membro do Conselho de Administração do Grupo ZF.
Além dos benefícios de eliminar materiais de terras raras num pacote compacto e potente, o I2SM elimina as perdas por arrasto criadas nos motores elétricos PSM tradicionais. Tal permite melhorar a eficiência em determinados pontos de operação, como longas viagens em autoestrada a alta velocidade.
Design avançado do rotor torna motor elétrico compacto
Para garantir que o campo magnético no rotor seja gerado por corrente em vez de ímanes, 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 refrigeração de óleo e com vedações adicionais, é necessário. Como resultado, os SESMs convencionais ocupam cerca de 90 mm a mais de espaço axialmente. Como resultado, os fabricantes não podem variar de forma flexível entre as variantes PSM e SESM no planeamento do seu modelo sem esforço adicional.
Para oferecer competitivamente as vantagens das máquinas síncronas excitadas separadamente, a ZF conseguiu compensar as desvantagens relacionadas com o design das máquinas síncronas comuns excitadas separadamente.
Em particular, a densidade de binário foi, significativamente, aumentada em comparação com o estado da técnica graças a um design inovador do rotor. A integração neutra em termos de espaço do excitador 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.
Excitação indutiva como tecnologia chave
O pré-requisito tecnológico para a inovação da ZF é o facto de a energia ser transferida indutivamente, ou seja, sem contacto mecânico, para o rotor, gerando um campo magnético através de de bobinas. Assim, o I2SM não necessita de quaisquer elementos de escova ou anéis coletores.
Além disso, não existe necessidade de manter esta área seca por intermédio de vedações. Tal como acontece com o motor síncrono permanentemente magnetizado, o rotor é refrigerado de forma eficiente pela circulação de óleo.
Comparado com o motor síncrono comum com excitação separada, a inovação da ZF requer até 90 mm menos de espaço de instalação axial. Em termos de potência e densidade de binário, porém, a inovação da ZF opera ao nível de um PSM.
A ZF planejia desenvolver a tecnologia I2SM até à maturidade de produção e oferecê-la como uma opção dentro de sua própria plataforma e-drive. Os clientes dos segmentos de automóveis e veículos comerciais podem, então, escolher entre uma variante com arquitetura de 400 Volt ou de 800 Volt para as suas respetivas aplicações. Este último depende de chips de carboneto de silício na eletrónica de potência.
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