Firma ZF opracowała High Revolution Drive – kompaktowy napęd elektryczny typu 3 w 1, którego prędkość obrotowa sięga 30 000 obr./min. Dzięki temu jest on mniejszy i lżejszy od konwencjonalnych napędów, a zapewnia taką samą moc. Pozwala to zastosować mniejszy i lżejszy silnik elektryczny o zmniejszonym zapotrzebowaniu na magnesy. Dwustopniowa przekładnia o dużym przełożeniu zapewnia wymagany moment obrotowy na kołach. Nowa koncepcja napędu opiera się na istniejącej platformie SELECT, dzięki czemu producenci samochodów mogą szybciej i przy niższych kosztach rozwoju wdrażać ją w nowych pojazdach.

Prędkość obrotowa silnika w High Revolution Drive jest znacznie wyższa niż w konwencjonalnych systemach. Aby to rozwiązanie działało, cały system musi ze sobą współpracować: „High Revolution Drive czerpie z kompleksowej wiedzy systemowej ZF”, mówi Thomas Meiser, szef jednostki biznesowej E-Mobility w ZF. „Zamiast optymalizować pojedyncze komponenty w oderwaniu od reszty, systematycznie dopasowujemy do siebie silnik elektryczny, elektronikę mocy i przekładnię”.

Zasada jest prosta: przy tej samej mocy wyższa prędkość obrotowa zmniejsza wymagany moment obrotowy silnika. Ponieważ moment obrotowy jest ściśle powiązany z objętością wirnika, silnik elektryczny można zaprojektować jako mniejszy i lżejszy. Aby przełożyć tak wysoką prędkość na użyteczny moment obrotowy, zastosowano dwustopniową przekładnię z kołami zębatymi walcowymi o przełożeniu około 18:1, która zapewnia dostarczenie wymaganego momentu na koła. Prezentowana wersja osiąga moc szczytową 200 kW i szczytowy moment obrotowy na kołach 3500 Nm.

Wyższe prędkości obrotowe utrudniają kontrolę hałasu i drgań. ZF podejmuje to wyzwanie, wykorzystując dziesięciolecia doświadczenia w budowie kół zębatych i przekładni. Firma rozwiązuje te problemy dzięki skoordynowanej konstrukcji poszczególnych komponentów: „Wytrzymałość oraz niski poziom hałasu i drgań były rygorystycznymi celami rozwojowymi od samego początku”, mówi Meiser. „Aby je osiągnąć, silnik elektryczny, uzębienie, łożyska i geometrię zębów traktowaliśmy jako zintegrowany system. Dla prezentowanej konfiguracji 30 000 obr./min to optymalny kompromis pod względem ekonomicznym i technicznym”.

Mniejsza masa magnesów, niższa masa napędu i mniejsza przestrzeń montażowa

High Revolution Drive jest prawie o 25 procent mniejszy i prawie o 25 procent lżejszy niż porównywalny napęd SELECT pracujący przy 18 000 obr./min. Wymagana masa magnesów jest mniejsza o 50 procent, co obniża koszty i zmniejsza zależność od krytycznych łańcuchów dostaw. Nawet przy wysokich prędkościach obrotowych i dużym przełożeniu system osiąga sprawność na poziomie prawie 93 procent, czyli na równi z porównywalnym systemem SELECT.

Mniejsza masa przyczynia się również do zwiększenia zasięgu pojazdów elektrycznych. Uwaga skupia się na masowym rynku samochodów osobowych, z mocami napędu w zakresie od około 150 do 200 kW. Architektura jest skalowalna – dla różnych poziomów mocy oraz dla systemów 400 V i 800 V.

SELECT: nowa koncepcja napędu na sprawdzonej platformie

Takie podejście wpisuje się również w strategię platformową ZF: High Revolution Drive został zaprojektowany jako wariant modułowej platformy SELECT i wykorzystuje istniejące technologie. Dzięki temu koszty produktu pozostają przewidywalne, a producenci samochodów zyskują elastyczność w zakresie sposobu produkcji napędu. „Dzięki platformie SELECT nie musimy zaczynać od zera przy każdym nowym wariancie napędu”, mówi Meiser. „Za pomocą naszego systemu modułowego dopasowujemy nowe koncepcje do różnych wymagań klientów”.

ZF prowadzi już rozmowy z kilkoma producentami samochodów i planuje rozpoczęcie produkcji do 2030 roku.