ZF представляет революционный двигатель для электромобилей, который вращается с частотой 30 000 об/мин, развивает крутящий момент 3 500 Нм и на 25% меньше по размерам и весу.

Развитие двигателей для электромобилей идет по довольно интересному пути. В течение многих лет производители сосредотачивались на увеличении мощности, повышении эффективности и снижении расхода материалов. Но теперь они начинают исследовать другую возможность, которая может иметь значительные последствия как для дизайна автомобилей, так и для их производственных затрат: обеспечение работы двигателей на гораздо более высоких скоростях.

Немецкий специалист ZF уже давно работает в этом направлении и недавно представил новые детали своей технологии High Revolution Drive. Это решение призвано преодолеть некоторые традиционные ограничения современных электрических приводов за счёт использования более маленького и лёгкого двигателя, который благодаря специально разработанной трансмиссии может обеспечивать характеристики, характерные для гораздо более крупных устройств.

Интересно то, что эта технология предназначена не исключительно для высокопроизводительных спортивных автомобилей или роскошных моделей. ZF хочет внедрить её в массово производимые электромобили, где снижение веса на несколько килограммов, экономия материалов и освобождение пространства могут стать значительным преимуществом. Первые результаты показывают, что для улучшения двигателей, уже отличающихся высокой эффективностью, всё ещё существует значительный потенциал.

Электродвигатель с частотой вращения 30 000 об/мин, который на 25% снижает вес и требует вдвое меньше магнитов

Основной особенностью нового двигателя ZF High Revolution Drive является его способность достигать 30 000 оборотов в минуту — скорость, значительно превышающая 18 000 об/мин у двигателя, используемого компанией в качестве эталона. Для этого инженеры разработали систему, объединяющую электродвигатель, силовую электронику и трансмиссию в один компактный блок.

Представленная версия обеспечивает максимальную мощность 200 кВт (272 л.с.), но что действительно примечательно, так это то, что она позволяет сократить как размер, так и вес примерно на 25% по сравнению с традиционной системой с эквивалентными характеристиками. Это значительная разница для компонента, который должен устанавливаться в пространстве, где каждый сантиметр на счету, и который к тому же напрямую влияет на общий вес автомобиля.

Ключ к решению кроется в основной особенности электродвигателей. При одинаковой мощности чем выше скорость вращения, тем меньше крутящего момента требуется от двигателя. Это позволяет уменьшить размер ротора и, таким образом, использовать меньше материалов для достижения того же результата. Проблема заключается в том, что колеса не могут вращаться с такими скоростями, поэтому необходимо адаптировать движение с помощью трансмиссии.

ZF решила эту проблему с помощью двухступенчатого редуктора с спиральными шестернями и приблизительным соотношением 18:1. Это означает, что двигатель может вращаться с очень высокими скоростями, в то время как коробка передач снижает эти обороты и увеличивает крутящий момент, доступный на выходе. Благодаря такой конфигурации система достигает максимального крутящего момента в 3 500 Нм на выходе коробки передач, направленном на колеса.

Ещё одним преимуществом является экономия материалов. Компания ZF утверждает, что для High Revolution Drive требуется на 50% меньше массы магнитов по сравнению с его эталонной моделью с частотой вращения 18 000 об/мин. Это может оказать значительное влияние на стоимость производства и зависимость от критически важных сырьевых ресурсов, особенно в условиях, когда европейские производители стремятся снизить свою уязвимость перед определёнными цепочками поставок.

Конечно, вращение двигателя такими высокими скоростями также сопряжено с трудностями. По мере увеличения частоты вращения становится сложнее контролировать вибрации, шум и нагрузки на подшипники. Поэтому ZF совместно разработала двигатель, шестерни и механические опоры, уделяя особое внимание геометрии зубьев передаточного механизма.

По словам Томаса Майзера, руководителя подразделения по электромобильной технике ZF, 30 000 об/мин в настоящее время представляют собой оптимальный баланс между техническими характеристиками и затратами для этого решения. Эта скорость позволяет воспользоваться преимуществами более компактного двигателя, при этом сложности производства и эксплуатации не сводят на нет полученные выгоды.

Есть ещё один особенно интересный факт: несмотря на увеличение частоты вращения и использование двухступенчатого редуктора, всё устройство сохраняет эффективность, близкую к 93%, практически идентичную эффективности традиционного аналога, используемого в качестве сравнения. Это означает, что ZF смогла уменьшить размеры и вес, не жертвуя общей энергоэффективностью системы.

Снижение массы также может способствовать увеличению запаса хода, хотя компания ZF пока не предоставила конкретных цифр относительно того, на сколько дополнительных километров сможет проехать автомобиль с этой технологией. Его главным преимуществом, вероятно, станет сочетание меньшего веса, сниженной потребности в материалах и более простой интеграции в электрические платформы.

High Revolution Drive является частью модульной архитектуры SELECT от ZF, которая позволяет адаптировать различные компоненты под потребности каждого производителя. Компания в настоящее время сосредотачивает свои усилия на разработке систем мощностью от 150 кВт (204 л.с.) до 200 кВт (272 л.с.) — диапазона мощности, особенно интересного для электрических седанов и внедорожников большого размера.

Кроме того, данная технология совместима как с архитектурами на 400, так и на 800 вольт, что облегчит её использование на различных платформах без необходимости разрабатывать совершенно новую систему для каждого приложения. Такая гибкость может оказаться особенно привлекательной для производителей, стремящихся использовать одни и те же компоненты в нескольких моделях и снизить затраты на разработку.

Компания ZF уже ведёт переговоры с различными автопроизводителями, и её цель — запустить производство этой технологии примерно к 2030 году. Перед ней всё ещё стоит множество задач, особенно в части обеспечения долговечности, контроля затрат и адаптации системы к требованиям массового производства.

Однако этот подход особенно интересен для европейской промышленности. В то время как большая часть внимания сосредоточена на аккумуляторах, времени зарядки и новых электрических архитектурах, такие компании, как ZF, демонстрируют, что сами двигатели также обладают значительным потенциалом для совершенствования. А достижение той же мощности с на 25% меньшим и легчим комплектом, использующим вдвое меньше магнитов, может быть столь же важно для будущего электромобилей, как увеличение их запаса хода на несколько километров.

Источник | ZF