ZF, al Salone di Monaco un nuovo motore elettrico privo di magneti

ZF è presente al Salone IAA Mobility 2023 di Monaco dove ha svelato un nuovo motore elettrico che non necessita di magneti. Si tratta di una variante avanzata di un motore sincrono a eccitazione separata che rappresenta un’alternativa alle macchine sincrone a magneti permanenti (PSM).

Si chiama L2SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor), non utilizza terre rare ed è estremamente compatto oltre ad offrire, secondo ZF, la maggiore densità di coppia al mondo. Oltre ai benefici legati all’eliminazione delle terre rare, I2SM elimina le perdite d’attrito che si creano nei tradizionali motori elettrici PSM. Ciò consente una maggiore efficienza in determinati momenti operativi, come in occasione di lunghi viaggi autostradali ad elevata velocità.

LA NUOVA TECNOLOGIA

ZF racconta che per assicurare che il campo magnetico nel rotore sia generato dalla corrente anziché dai magneti, in molti casi i tradizionali SESM (Separately Excited Synchronous Motor) richiedono ancora oggi spazzole o elementi scorrevoli, che portano a compromessi.

Ad esempio, è necessario uno spazio installativo asciutto, non accessibile al raffreddamento dell’olio, e ulteriori tenute. Ne risulta che i tradizionali SESM necessitano di circa 90 mm in più di spazio a livello assiale. I costruttori, dunque, non possono normalmente passare da varianti PSM a SESM nella pianificazione di un modello senza alcun intervento.

Per poter offrire i vantaggi competitivi delle macchine sincrone a eccitazione separata, ZF è riuscita a compensare gli svantaggi nella geometria di quelle tradizionali sempre di questa tipologia. In particolare, la densità di coppia è stata aumentata in modo significativo rispetto allo stato dell’arte attuale grazie a un innovativo design del rotore. L’integrazione dell’eccitatore all’interno del rotore, che non richiede spazio aggiuntivo, fa sì che non ci siano problemi di spazio in direzione assiale. Inoltre, un aumento della densità di potenza nel rotore porta a un miglioramento delle prestazioni.

Il prerequisito della nuova tecnologia sviluppata da ZF è che l’energia sia trasferita per induzione, senza cioè contatto meccanico, nel rotore, generando il campo magnetico per mezzo di bobine. In tal modo, la nuova unità non necessita di spazzole o di collettori ad anello. Inoltre, non c’è più la necessità di mantenere asciutta l’area per mezzo di tenute. Come con i motori sincroni a magneti permanenti, il rotore viene raffreddato in modo efficace tramite circolazione d’olio. Rispetto ai motori sincroni a magneti permanenti, la nuova soluzione sviluppata da ZF richiede fino a 90 mm in meno di spazio installativo in direzione assiale. In termini di densità di potenza e di coppia, però, funziona agli stessi livelli di un motore PSM.

ZF sta lavorando sullo sviluppo del nuovo motore L2SM in modo tale che sia pronto per la produzione, per poterlo offrire come opzione all'interno di una trasmissione elettrica. Sarà possibile scegliere tra una variante a 400 V e una a 800 V. La seconda si basa su chip al carburo di silicio nell’elettronica di potenza.

Per il momento, ZF non ha comunicati i dati precisi di potenza e coppia che la sua nuova unità è in grado di erogare.