ZF presenta un motore rivoluzionario per auto elettriche che raggiunge 30.000 giri al minuto, fornisce 3.500 Nm di coppia e riduce del 25% le sue dimensioni e il suo peso.

L’evoluzione dei motori per auto elettriche sta prendendo una direzione piuttosto interessante. Per anni, i produttori si sono concentrati sull’aumentare la potenza, migliorare l’efficienza e ridurre il consumo di materiali. Ma ora stanno iniziando a esplorare un’altra possibilità che può avere conseguenze importanti sia per la progettazione delle auto che per i loro costi di produzione: far sì che i motori funzionino a velocità molto più elevate.

Lo specialista tedesco ZF lavora da tempo in questa direzione e ha appena presentato nuovi dettagli sulla sua tecnologia High Revolution Drive. Si tratta di una soluzione volta a superare alcuni dei limiti tradizionali dei sistemi di propulsione elettrica attuali, utilizzando un motore più piccolo e leggero che, grazie a un’alimentazione appositamente sviluppata, può offrire prestazioni paragonabili a quelle di unità molto più grandi.

La cosa interessante è che questa tecnologia non è pensata esclusivamente per sportive ad alte prestazioni o modelli di lusso. ZF intende adottarla nelle auto elettriche di massa, dove ridurre alcuni chilogrammi, risparmiare materiali e liberare spazio può rappresentare un vantaggio significativo. I primi risultati mostrano che esiste ancora ampio margine per migliorare motori che già si distinguono per la loro elevata efficienza.

Un motore elettrico da 30.000 giri al minuto che riduce del 25% il peso e utilizza la metà di magneti

La caratteristica principale del nuovo ZF High Revolution Drive è la sua capacità di raggiungere i 30.000 giri al minuto, una velocità notevolmente superiore ai 18.000 giri al minuto del motore utilizzato dalla società come riferimento. Per ottenerlo, gli ingegneri hanno sviluppato un sistema che unisce motore elettrico, elettronica di potenza e trasmissione in un’unica unità compatta.

La versione presentata raggiunge una potenza massima di 200 kW (272 CV), ma ciò che è davvero notevole è che riesce a ridurre di circa il 25% sia le dimensioni che il peso rispetto a un sistema convenzionale con prestazioni equivalenti. Una differenza considerevole per un componente che deve essere installato in un’area dove ogni centimetro conta e che, inoltre, influisce direttamente sul peso totale dell’auto.

La soluzione risiede in una caratteristica fondamentale dei motori elettrici: per una stessa potenza, maggiore è la velocità di rotazione, minore è la coppia che il motore deve generare. Ciò permette di ridurre le dimensioni del rotore e, di conseguenza, di utilizzare meno materiali per ottenere lo stesso risultato. Il problema è che le ruote non possono ruotare a tali velocità, per cui diventa indispensabile adattare il movimento tramite una trasmissione.

ZF ha risolto questo problema utilizzando un riduttore a due stadi con ingranaggi elicoidali e un rapporto approssimativo di 18:1. Ciò significa che il motore può ruotare a velocità molto elevate, mentre il cambio riduce tali rotazioni e moltiplica la coppia disponibile in uscita. Grazie a questa configurazione, il sistema raggiunge una coppia massima di 3.500 Nm all’uscita del cambio verso le ruote.

Un altro vantaggio riguarda il consumo di materiali. ZF afferma che il High Revolution Drive richiede il 50% in meno di massa di magneti rispetto al suo modello di riferimento a 18.000 giri/minuto. Ciò può avere conseguenze significative sui costi di produzione e sulla dipendenza da materie prime critiche, soprattutto in un momento in cui i produttori europei cercano di ridurre la propria esposizione a determinate catene di approvvigionamento.

Ovviamente, far ruotare un motore a tali velocità presenta anche delle difficoltà. Con l’aumento delle rivoluzioni, diventa più complicato controllare le vibrazioni, il rumore e le sollecitazioni subite dagli ingranaggi. Per questo motivo, ZF ha sviluppato congiuntamente il motore, gli ingranaggi e i supporti meccanici, prestando particolare attenzione alla geometria dei denti della trasmissione.

Secondo Thomas Meiser, responsabile della divisione mobilità elettrica di ZF, le 30.000 giri al minuto rappresentano attualmente il miglior equilibrio tra prestazioni tecniche e costi per questa soluzione. Una velocità che permette di sfruttare i vantaggi di un motore più compatto senza che le difficoltà di produzione e funzionamento finiscano per annullare i benefici.

C’è un altro dato particolarmente interessante: nonostante l’aumento delle rotazioni e l’uso di un riduttore a due stadi, l’intero sistema mantiene un’efficienza vicina al 93%, praticamente identica a quella dell’unità convenzionale utilizzata a scopo di confronto. Ciò significa che ZF è riuscita a ridurre dimensioni e peso senza sacrificare il rendimento energetico complessivo del sistema.

La riduzione della massa può anche contribuire a migliorare l’autonomia, sebbene ZF non abbia ancora fornito cifre precise su quanti chilometri in più possa percorrere un’auto dotata di questa tecnologia. Il suo principale vantaggio sarà probabilmente la combinazione di peso ridotto, minor consumo di materiali e un’integrazione più semplice all’interno delle piattaforme elettriche.

Il High Revolution Drive fa parte dell’architettura modulare SELECT di ZF, che permette di adattare diversi componenti alle esigenze di ciascun produttore. L’azienda sta concentrando inizialmente lo sviluppo su sistemi compresi tra 150 kW (204 CV) e 200 kW (272 CV), un intervallo di potenza particolarmente interessante per berline e SUV elettrici di grandi dimensioni.

Inoltre, questa tecnologia è compatibile sia con architetture a 400 che a 800 volt, il che faciliterebbe il suo utilizzo su diverse piattaforme senza la necessità di sviluppare un sistema completamente nuovo per ciascuna applicazione. Questa flessibilità può risultare particolarmente attraente per i produttori che desiderano condividere componenti tra diversi modelli e ridurre i costi di sviluppo.

ZF sta già avviando discussioni con diversi produttori di automobili e il suo obiettivo è portare questa tecnologia in produzione intorno al 2030. Ci sono ancora molte sfide da affrontare, soprattutto per garantire la durata nel tempo, controllare i costi e adattare il sistema alle esigenze della produzione su larga scala.

Tuttavia, questo approccio risulta particolarmente interessante per l’industria europea. Mentre gran parte dell’attenzione è concentrata sulle batterie, sui tempi di ricarica e sulle nuove architetture elettriche, aziende come ZF stanno dimostrando che anche i motori stessi presentano un ampio margine di miglioramento. Ottenere la stessa potenza con un insieme del 25% più piccolo e leggero, utilizzando la metà di magneti, può essere altrettanto importante per il futuro dell’auto elettrica quanto aumentare di alcuni chilometri la sua autonomia.

Fonte | ZF