Společnost ZF vyvinula elektromotor, který nevyžaduje magnety. Na rozdíl od bezmagnetových koncepcí tzv. samostatně buzených synchronních motorů (SESM), které jsou již dnes k dispozici, synchronní motor I²SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) společnosti ZF přenáší energii pro magnetické pole prostřednictvím indukčního budiče uvnitř hřídele rotoru. Díky tomu je motor jedinečně kompaktní s maximální hustotou výkonu a točivého momentu.

Tato pokročilá varianta samostatně buzeného synchronního motoru je tak alternativou k synchronním strojům s permanentními magnety. Ty jsou v současné době nejčastěji používanými motory v elektromobilech, ale jsou založeny na magnetech, k jejichž výrobě jsou zapotřebí materiály vzácných zemin. S motorem I²SM nastavuje společnost ZF nový standard pro výrobu mimořádně udržitelných elektromotorů a zároveň vysoce výkonných a efektivních elektromotorů.

„S tímto bezmagnetovým elektromotorem bez vzácných kovů přicházíme s další inovací, kterou důsledně vylepšujeme naše portfolio elektrických pohonů a vytváříme tak ještě udržitelnější, efektivnější a zdroje šetřící mobilitu,” řekl Dr. Holger Klein, generální ředitel společnosti ZF. „Tímto principem se řídíme u všech nových produktů. A v současné době nevidíme žádného konkurenta, který by tuto technologii ovládal tak dobře jako společnost ZF.”

Ve srovnání s běžnými systémy SESM může indukční budič snížit ztráty při přenosu energie do rotoru o 15 %. Kromě toho lze při výrobě snížit emise CO2, které vznikají u PSM e-motorů zejména díky magnetům obsahujícím materiály vzácných zemin, až o 50 procent.

„Tento jedinečný kompaktní elektromotor bez magnetů je působivým důkazem naší strategie, jejímž cílem je učinit e-pohony šetrnější ke zdrojům a udržitelnější, a to především prostřednictvím zvyšování účinnosti,” řekl Stephan von Schuckmann, člen představenstva skupiny ZF. “Důsledně používáme účinnou 800voltovou technologii karbidu křemíku a eliminujeme vzácné zeminy – to vše bez zvětšení rozměrů nebo hmotnosti.”

Kromě výhod, které přináší eliminace vzácných kovů v kompaktním a výkonném balení, eliminuje I²SM ztráty způsobené odporem, které vznikají u tradičních PSM e-motorů. To umožňuje lepší účinnost v určitých provozních bodech, například při dlouhých jízdách po dálnici vysokou rychlostí.

Díky pokročilé konstrukci rotoru je e-motor velmi kompaktní

Aby bylo zajištěno, že magnetické pole v rotoru je vytvářeno proudem namísto magnetů, vyžadují konvenční koncepce SESM v současné době ve většině případů ještě posuvné nebo kartáčové prvky, což si vynucuje kompromisy: Je nutný suchý instalační prostor, tj. nepřístupný pro chlazení olejem a s přídavnými těsněními. V důsledku toho konvenční SESM zabírají v axiálním směru přibližně o 90 mm více místa. V důsledku toho výrobci zpravidla nemohou při plánování modelů flexibilně měnit varianty PSM a SESM bez dalšího úsilí.

Aby mohla společnost ZF nabízet výhody samostatně buzených synchronních strojů konkurenceschopně, podařilo se jí kompenzovat konstrukční nevýhody běžných samostatně buzených synchronních strojů. Zejména díky inovované konstrukci rotoru se podařilo výrazně zvýšit hustotu točivého momentu v porovnání se současným stavem techniky. Prostorově neutrální integrace budiče do rotoru znamená, že nedochází ke vzniku axiálních prostorových nevýhod. Kromě toho zvýšení hustoty výkonu v rotoru vede ke zlepšení výkonu.

Indukční buzení jako klíčová technologie

Technologickým předpokladem inovace ZF je indukční přenos energie, tj. bez mechanického kontaktu, do rotoru, který vytváří magnetické pole pomocí cívek. I²SM tak nevyžaduje žádné kartáčové prvky ani kluzné kroužky. Kromě toho již není nutné udržovat tento prostor v suchu pomocí těsnění. Stejně jako u trvale magnetizovaného synchronního motoru je rotor účinně chlazen cirkulujícím olejem. Ve srovnání s běžným samostatně buzeným synchronním motorem vyžaduje novinka ZF až o 90 milimetrů menší axiální zástavbový prostor. Z hlediska hustoty výkonu a točivého momentu však inovace ZF pracuje na úrovni PSM.

Společnost ZF plánuje vyvinout technologii I²SM až do výrobní zralosti a nabízet ji jako volitelnou součást své vlastní platformy e-drive. Zákazníci ze segmentu osobních a užitkových vozidel si pak mohou pro své aplikace vybrat mezi variantou se 400voltovou nebo 800voltovou strukturou. Druhá zmíněná varianta se opírá o čipy z karbidu křemíku v napájecí elektronice.