ZF презентує революційний двигун для електромобілів, який обертається зі швидкістю 30.000 об/хв, забезпечує крутний момент 3.500 Нм та на 25% зменшує свої розміри та вагу.

Розвиток двигунів для електромобілів йде досить цікавим шляхом. Протягом багатьох років виробники зосереджувалися на збільшенні потужності, покращенні ефективності та скороченні споживання матеріалів. Але тепер вони починають досліджувати іншу можливість, яка може мати значні наслідки як для дизайну автомобілів, так і для їхніх виробничих витрат: змусити двигуни працювати при набагато вищих швидкостях.

Німецький спеціаліст ZF вже давно працює над цією темою та нещодавно оприлюднив нові деталі своєї технології High Revolution Drive. Ця пропозиція має на меті подолати деякі звичайні обмеження сучасних електричних систем приводу, використовуючи менший та легший двигун, який завдяки спеціально розробленій трансмісії може забезпечувати характеристики, притаманні набагато більшим одиницям.

Цікаво те, що ця технологія призначена не виключно для спортивних автомобілів високих характеристик чи розкішних моделей. ZF прагне застосувати її у масово вироблених електромобілях, де скорочення кількох кілограмів, економія матеріалів та звільнення простору можуть стати значною перевагою. А перші результати показують, що все ще існує чимало можливостей для покращення двигунів, які вже вирізняються своєю високою ефективністю.

Електродвигун зі швидкістю обертання 30 000 об/хв, який на 25% зменшує вагу та використовує вдвічі менше магнітів

Основною особливістю нового ZF High Revolution Drive є його здатність досягати 30 000 обертів на хвилину, що значно перевищує 18 000 об/хв у двигуні, який компанія використовувала як базу. Щоб цього досягти, інженери розробили систему, яка поєднує електродвигун, електроніку потужності та трансмісію в одну компактну одиницю.

Презентована версія досягає максимальної потужності 200 кВт (272 к.с.), але найбільш вражаючим є те, що вона дозволяє зменшити як розмір, так і вагу приблизно на 25% порівняно з традиційною системою з еквівалентними характеристиками. Це значна різниця для компонента, який має бути встановлений у просторі, де кожен сантиметр має значення, і який крім того безпосередньо впливає на загальну вагу автомобіля.

Ключ до цього полягає у базовій особливості електродвигунів. При однаковій потужності чим вища швидкість обертання, тим менший крутний момент потрібен двигуну для створення руху. Це дозволяє зменшити розмір ротора, а отже, використовувати менше матеріалів для досягнення того ж результату. Проблема полягає у тому, що колеса не можуть обертатися з такою швидкістю, тому необхідно адаптувати рух за допомогою трансмісії.

ZF вирішила цю проблему, використовуючи двоступеневий редуктор із спіральними зубчастими колесами та приблизним співвідношенням 18:1. Це означає, що двигун може обертатися з дуже високими швидкостями, тоді як коробка передач зменшує ці оберти та збільшує крутний момент, який доступний на виході. Завдяки такій конфігурації система досягає максимального крутного моменту у 3 500 Нм на виході коробки передач до коліс.

Ще однією перевагою є споживання матеріалів. ZF стверджує, що система High Revolution Drive потребує на 50% меншої кількості магнітів, ніж її базова версія з частотою обертання 18 000 об/хв. Це може мати значний вплив на вартість виробництва та залежність від критичних сировин, особливо в умовах, коли європейські виробники прагнуть зменшити свою залежність від певних ланцюгів постачання.

Звісно, обертання двигуна на таких високих швидкостях також створює певні труднощі. Чим більша частота обертання, тим складніше контролювати вібрації, шум та навантаження на підшипники. Тому ZF спільно розробила двигун, зубчасті передачі та механічні елементи підтримки, приділяючи особливу увагу геометрії зубців передачі.

За словами Томаса Майзера, керівника підрозділу електромобільності ZF, 30 000 об/хв наразі є найкращим балансом між технічними характеристиками та витратами для цього рішення. Ця швидкість дозволяє скористатися перевагами компактнішого двигуна, не дозволяючи труднощам у виробництві та експлуатації знецінити отримані переваги.

Є ще один особливо цікавий факт: попри збільшення кількості обертів та використання двоступеневого редуктора, весь комплекс зберігає ефективність близько 93%, що практично ідентично ефективності звичайного пристрою, використаного для порівняння. Це означає, що ZF змогла зменшити розміри та вагу, не жертвуючи загальною енергоефективністю системи.

Зменшення маси також може сприяти покращенню автономності, хоча ZF ще не надала конкретних цифр щодо того, скільки додаткових кілометрів може проїхати автомобіль, оснащений цією технологією. Його основною перевагою, ймовірно, буде поєднання меншої ваги, меншого споживання матеріалів та простішої інтеграції в електричні платформи.

High Revolution Drive є частиною модульної архітектури SELECT від ZF, яка дозволяє адаптувати різні компоненти під потреби кожного виробника. Компанія спочатку зосереджує свої зусилля на розробці систем потужністю від 150 кВт (204 к.с.) до 200 кВт (272 к.с.) — діапазону потужності, який особливо цікавий для електричних седанів та SUV великого об’єму.

Крім того, ця технологія сумісна як з архітектурами на 400, так і на 800 вольт, що полегшує її використання на різних платформах без необхідності розробки абсолютно нової системи для кожного застосування. Ця гнучкість може бути особливо привабливою для виробників, які прагнуть використовувати однакові компоненти у різних моделях та знизити витрати на розробку.

ZF вже веде переговори з різними автовиробниками, і її метою є введення цієї технології в серійне виробництво приблизно у 2030 році. Попереду ще багато роботи, особливо щодо забезпечення довговічності, контролю витрат та адаптації системи до вимог масового виробництва.

Але цей підхід є особливо цікавим для європейської промисловості. У той час як більша частина уваги приділяється акумуляторам, часу зарядки та новим електричним архітектурам, компанії на кшталт ZF демонструють, що самі двигуни також мають значний потенціал для розвитку. А досягнення тієї ж потужності за допомогою конструкції на 25% меншої та легшої, з використанням половини магнітів, може бути таким же важливим для майбутнього електромобілів, як і збільшення їхньої автономності на кілька кілометрів.

Джерело | ZF