ZF desenvolve motor elétrico sem ímã pronto para produção em série

A ZF está desenvolvendo um motor elétrico pronto para produção em série que não requer ímãs. Em contraste com os conceitos livres de ímãs dos chamados motores elétricos excitados externamente já disponíveis hoje, o I2SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) da ZF transmite a energia para o campo magnético através de um excitador indutivo dentro do eixo do rotor. De acordo com a empresa, isso torna o motor "exclusivamente compacto com a maior potência e densidade de torque".

De acordo com a ZF, esta variante mais desenvolvida de um motor síncrono excitado externamente (FSM) é uma alternativa às chamadas máquinas síncronas de ímã permanente (PSM). Estes últimos são atualmente os motores mais utilizadas em veículos elétricos, mas são baseados em ímãs que exigem terras raras para produzir. Com o I2SM, a ZF quer tornar os motores elétricos extremamente sustentáveis na produção e altamente potentes e eficientes na operação.

"Com este motor elétrico sem ímãs e sem terras raras, temos outra inovação com a qual estamos consistentemente reduzindo nosso portfólio de acionamento elétrico para uma mobilidade sustentável, eficiente e que economiza recursos", diz o Dr. Holger Klein, CEO da ZF. 

"Este é o nosso princípio orientador para todos os novos produtos. E atualmente não vemos nenhum concorrente que domine essa tecnologia de forma tão compacta quanto a ZF."

Em comparação com os sistemas FSM convencionais, o excitador indutivo pode reduzir as perdas durante a transferência de energia para o rotor em 15%. Além disso, a pegada de CO2 pode ser reduzida em até 50% na produção, que é gerada em motores PSM-E, em particular, por ímãs com terras raras.

Na visão da ZF, a renúncia às terras raras não apenas economiza recursos valiosos na produção, mas também reduz as dependências nas cadeias de suprimentos. Além disso, não há perdas por arrasto devido a ímãs permanentes em comparação com PPPs. Isto permite uma melhor eficiência em determinados pontos de operação, como longas viagens em rodovias a altas velocidades.

Para que o campo magnético no rotor se acumule através de corrente em vez de ímãs, o conceito FSM atualmente ainda requer elementos deslizantes ou de escova na maioria dos casos, o que força limitações: é necessário um espaço de instalação seco com vedações adicionais, ou seja, não é acessível para resfriamento de óleo. Como resultado, esses FSMs convencionais ocupam cerca de 90 mm a mais de espaço axialmente. Dessa forma, os fabricantes geralmente não podem variar de forma flexível e sem esforço adicional entre as variantes PSM e FSM em seu planejamento de modelo.

Para poder oferecer essas vantagens das máquinas síncronas excitadas externamente de forma competitiva, a ZF conseguiu compensar as desvantagens relacionadas ao projeto das máquinas síncronas excitadas externamente comuns. Em particular, a densidade de torque foi significativamente aumentada em comparação com o estado da arte, graças a um design inovador do rotor. Devido à integração da excitatriz no rotor sem afetar o espaço de instalação, não há desvantagens de espaço de instalação axial. Além disso, um aumento na densidade de potência no rotor leva a uma melhoria no desempenho.

O pré-requisito tecnológico para a inovação da ZF é que a energia seja transferida indutivamente, ou seja, sem contato, para o rotor e gere um campo magnético por meio de bobinas. Isso significa que o I2SM não requer nenhum elemento de escova ou anel deslizante. Além disso, não há mais necessidade de manter essa área seca por meio de vedações.

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Assim como nas máquinas síncronas permanentemente magnetizadas, o rotor é resfriado de forma eficiente pelo óleo circulante. Em comparação com as máquinas elétricas convencionais com excitação externa, a novidade da ZF requer até 90 milímetros a menos de espaço de instalação axial. Em termos de densidade de potência e torque, no entanto, a inovação da ZF opera no nível de um PSM.

A ZF planeja desenvolver a tecnologia I2SM até a maturidade da produção e oferecê-la como uma opção em sua própria plataforma de e-drive. Os clientes dos segmentos de carros de passeio e veículos comerciais poderão então escolher entre uma variante com arquitetura de 400 volts ou com arquitetura de 800 volts para suas respectivas aplicações. A última conta com chips de carboneto de silício na eletrônica de potência.