ZF présente un moteur révolutionnaire pour voitures électriques qui tourne à 30 000 tr/min, délivre 3 500 Nm de couple et réduit de 25 % sa taille et son poids.

L’évolution des moteurs pour voitures électriques emprunte une voie plutôt intéressante. Pendant des années, les fabricants se sont concentrés sur l’augmentation de la puissance, l’amélioration de l’efficacité et la réduction de la consommation de matériaux. Mais maintenant, ils commencent à explorer une autre possibilité qui peut avoir des conséquences importantes tant pour la conception des voitures que pour leurs coûts de fabrication : faire en sorte que les moteurs tournent à des vitesses bien plus élevées.

Le spécialiste allemand ZF travaille depuis longtemps dans ce domaine et a récemment présenté de nouvelles informations sur sa technologie High Revolution Drive. Il s’agit d’une solution visant à dépasser certaines des limites habituelles des systèmes de propulsion électrique actuels, en utilisant un moteur plus petit et plus léger qui, grâce à une transmission spécialement conçue, peut offrir des performances équivalentes à celles de moteurs bien plus gros.

Ce qui est intéressant, c’est que cette technologie n’est pas destinée exclusivement aux voitures de sport haut de gamme ou aux modèles de luxe. ZF souhaite l’intégrer dans des voitures électriques de série, où la réduction de quelques kilos, l’économie de matériaux et la libération d’espace peuvent représenter un avantage majeur. Les premiers résultats montrent qu’il reste encore beaucoup de marge pour améliorer des moteurs qui se distinguent déjà par leur haute efficacité.

Moteur électrique atteignant 30 000 tr/min, qui réduit de 25 % le poids et utilise la moitié des aimants

La caractéristique principale du nouveau ZF High Revolution Drive est sa capacité à atteindre 30 000 tr/min, une vitesse bien supérieure aux 18 000 tr/min du moteur utilisé par l’entreprise comme référence. Pour y parvenir, les ingénieurs ont conçu un système qui combine moteur électrique, électronique de puissance et transmission en une seule unité compacte.

La version présentée atteint une puissance maximale de 200 kW (272 CV), mais ce qui est vraiment remarquable, c’est qu’elle parvient à réduire d’environ 25 % à la fois la taille et le poids par rapport à un système conventionnel offrant des performances équivalentes. Une différence considérable pour un composant qui doit être installé dans un espace où chaque centimètre compte et qui, de plus, influence directement le poids total de la voiture.

La clé réside dans une caractéristique fondamentale des moteurs électriques. Pour une même puissance, plus la vitesse de rotation est élevée, moindre est le couple que le moteur doit générer. Cela permet de réduire la taille du rotor et, par conséquent, d’utiliser moins de matériaux pour obtenir le même résultat. Le problème, c’est que les roues ne peuvent pas tourner à de telles vitesses, il est donc indispensable d’adapter ce mouvement au moyen d’une transmission.

ZF a résolu ce problème en utilisant un réducteur à deux étages doté de dents hélicoïdales et présentant un rapport d’environ 18:1. Cela signifie que le moteur peut tourner à des vitesses très élevées, tandis que la boîte de vitesses diminue ces rotations et multiplie le couple disponible à la sortie. Grâce à cette configuration, le système atteint un couple maximal de 3 500 Nm à la sortie de la boîte de vitesses vers les roues.

Un autre avantage réside dans la consommation de matériaux. ZF affirme que le High Revolution Drive nécessite 50 % moins de masse d’aimants que son unité de référence fonctionnant à 18 000 tr/min. Cela peut avoir des conséquences importantes sur le coût de fabrication et la dépendance aux matières premières critiques, surtout à un moment où les fabricants européens cherchent à réduire leur exposition à certaines chaînes d’approvisionnement.

Bien sûr, faire tourner un moteur à de telles vitesses pose également des difficultés. À mesure que les tours par minute augmentent, il devient plus compliqué de contrôler les vibrations, le bruit et les charges supportées par les roulements. C’est pourquoi ZF a développé conjointement le moteur, les engrenages et les supports mécaniques, en prêtant une attention particulière à la géométrie des dents de la transmission.

Selon Thomas Meiser, responsable de la division des véhicules électriques chez ZF, les 30 000 tr/min représentent actuellement le meilleur équilibre entre performances techniques et coûts pour cette solution. Une vitesse qui permet de tirer parti des avantages d’un moteur plus compact, sans que les difficultés de fabrication et de fonctionnement ne viennent annuler ces avantages.

Et il y a un autre chiffre particulièrement intéressant : malgré l’augmentation des tours et l’utilisation d’un réducteur à deux étages, l’ensemble conserve un rendement proche de 93 %, pratiquement identique à celui de l’unité conventionnelle utilisée en comparaison. Cela signifie que ZF a réussi à réduire la taille et le poids sans sacrifier le rendement énergétique global du système.

La réduction de la masse peut également contribuer à améliorer l’autonomie, bien que ZF n’ait pas encore fourni de chiffres précis indiquant combien de kilomètres supplémentaires un véhicule équipé de cette technologie pourrait parcourir. Son principal avantage sera probablement la combinaison d’un poids réduit, d’une consommation de matériaux diminuée et d’une intégration plus simple au sein des plateformes électriques.

Le High Revolution Drive fait partie de l’architecture modulaire SELECT de ZF, qui permet d’adapter différents composants aux besoins de chaque constructeur. L’entreprise concentre initialement son développement sur des systèmes allant de 150 kW (204 ch) à 200 kW (272 ch), une plage de puissance particulièrement intéressante pour les berlines et les SUV électriques de grande taille.

De plus, cette technologie est compatible tant avec des architectures de 400 qu’avec des architectures de 800 volts, ce qui faciliterait son utilisation sur différentes plateformes sans nécessiter le développement d’un système entièrement nouveau pour chaque application. Cette flexibilité peut s’avérer particulièrement attrayante pour les fabricants qui cherchent à partager des composants entre plusieurs modèles et à réduire les coûts de développement.

ZF entretient déjà des discussions avec différents constructeurs automobiles, et son objectif est de mettre cette technologie en production vers 2030. Il reste encore du travail à accomplir, notamment pour garantir la durabilité, maîtriser les coûts et adapter le système aux exigences de la production à grande échelle.

Cependant, cette approche est particulièrement intéressante pour l’industrie européenne. Alors que l’attention se porte principalement sur les batteries, les temps de recharge et les nouvelles architectures électriques, des entreprises comme ZF démontrent que les moteurs eux-mêmes offrent également un large potentiel d’évolution. Obtenir la même puissance avec un ensemble 25 % plus petit et plus léger, en utilisant la moitié des aimants, peut être tout aussi important pour l’avenir de la voiture électrique que d’augmenter son autonomie de quelques kilomètres.

Source | ZF