ZF invente un moteur électrique compact
Lors du récent salon IAA Mobility Munich 2023, ZF a dévoilé un moteur unique en son genre, conçu pour les voitures électriques. Le concept I2SM, sans aimants ni terres rares, se distingue par sa compacité. Il promet une alternative durable et puissante aux motorisations électriques courantes.
Les moteurs électriques qui entraînent les roues des VE, comme les batteries qui stockent l’énergie, font l’objet de recherches approfondies dans le but d’augmenter leur rendement tout en les rendant de plus en plus écologiques. Or, la plupart des véhicules électriques actuels sont dotés de moteurs à aimant qui pour leur fabrication exploitent et mettent à mal les ressources naturelles de la planète.
Dans ce contexte, l’équipementier ZF a dévoilé un moteur électrique sans aimant qui, en dépit de sa compacité, promet un couple relativement élevé. Et contrairement aux concepts sans aimant des moteurs synchrones à excitation séparée (SESM) disponibles sur le marché, l’I2SM (Moteur Synchrone à Excitation Inductive Intra-Rotor) de ZF transmet l’énergie créant le champ magnétique nécessaire via un dispositif d’excitation inductif situé dans l’arbre du rotor. “Cette innovation rend le moteur exceptionnellement compact tout en offrant une densité de puissance et de couple maximale”, affirme le fabricant allemand.
« NOUS DISPOSONS D’UNE INNOVATION SUPPLÉMENTAIRE POUR CRÉER UNE MOBILITÉ TOUJOURS PLUS DURABLE, EFFICACE ET ÉCONOME EN RESSOURCES »
Avec son concept, ZF établit une nouvelle norme pour rendre les moteurs électriques à la fois extrêmement durables à produire (à coûts réduits) et très performants et efficaces en fonctionnement. Par rapport aux systèmes SESM courants, le dispositif d’excitation inductif peut diminuer les pertes de transmission d’énergie dans le rotor de 15 %. De surcroît, l’empreinte carbone lors de la production, qui est particulièrement élevée avec les moteurs électriques PSM (moteur synchrone à aimant permanent) en raison des aimants contenant des terres rares, peut être réduite jusqu’à 50 %, indique la communication du groupe.
L’équipementier allemand ajoute que l’absence de « terres rares » se traduit logiquement par une « sécurité d’approvisionnement accrue ». « Avec ce moteur électrique sans aimant et sans terres rares, nous disposons d’une innovation supplémentaire de nature à améliorer encore notre portefeuille de motorisations électriques pour créer une mobilité toujours plus durable, efficace et économe en ressources », a souligné Holger Klein, le patron de ZF. C’est aussi un maillon important de l’engagement de ZF pour devenir neuter d’ici 2040.
L’excitation inductive comme technologie clé
Dans le détail, la condition technologique préalable à l’innovation de ZF est le transfert d’énergie par induction, c’est-à-dire sans contact mécanique, vers le rotor pour générer un champ magnétique via des bobines. Par conséquent, l’I2SM n’a pas besoin d’éléments de contact à balai ou d’anneaux collecteurs. À l’instar des moteurs synchrones à aimants permanents, le rotor est efficacement refroidi par de l’huile en circulation, communique la firme. Par rapport aux moteurs synchrones à excitation séparée couramment utilisés, l’innovation de ZF requiert d’autre part jusqu’à 90 millimètres d’encombrement axial en moins.
En termes de densité de puissance et de couple, la technologie de l’ I2SM égale la solution à aimant permanent aujourd’hui la plus employée dans les véhicules électriques, tout en étant plus compact et plus léger. L’I2SM supprime également les pertes de traînée générées dans les moteurs électriques PSM traditionnels. Cela génère une meilleure efficacité à certains points de fonctionnement, comme les longs trajets sur autoroute à grande vitesse, précise encore le constructeur.
ZF prévoit de développer son concept jusqu’à la validation “série” et de l’offrir en option au sein de sa propre plateforme de motorisation électrique. Les clients des segments des véhicules légers et des poids-lourds pourront alors choisir entre une architecture 400 volts ou 800 volts pour leurs applications. Cette dernière utilise des puces en carbure de silicium pour l’électronique de puissance.
« Nous utilisons systématiquement une technologie efficiente au silicium carbure de 800 volts tout en éliminant les terres rares, et ce, sans augmenter les dimensions ou le poids », précise Stephan von Schuckmann, membre du conseil de direction du groupe ZF.
L’entreprise allemande va encore plus loin en proposant une option hybride rechargeable avec une batterie plus capacitaire. Ce qui ferait augmenter à 40 % le gain sur les rejets de CO2 à l’échappement.
D’autres constructeurs, à l’instar de Mahle, ont de même réalisé des percées majeures dans le domaine des moteurs sans aimant, mais la firme basée à Friedrichshafen (Allemagne) affirme que sa technologie est unique en son genre.
Réduire le temps d’accélération jusqu’à 50 %
Désormais, l’équipementier propose d’installer son dispositif directement sur une semi-remorque, à la place d’un des trains roulants, avec une batterie. Cette architecture a été baptisée « eTrailer ». Elle est exploitable aussi bien avec un tracteur routier diesel, hybride ou électrique. Cette solution est à envisager plutôt comme un prolongateur d’autonomie. Le pack lithium-ion additionnel est rechargé par le principe du freinage régénératif. La puissance de ce dernier se couple alors avec le dispositif similaire déjà présent sur le camion.
ZF assure que son eTrailer améliore de 80 % la motricité des poids lourds sur routes glissantes, apporte de meilleures performances pour monter les côtes et permet de réduire jusqu’à 50 % le temps d’accélération pour parvenir à la vitesse commerciale recherchée. Le système serait facile à installer sur les différents châssis qui existent aujourd’hui en matière de semi-remorques.
Dans le cadre du récent salon IAA Mobility Munich, ZF a mis en ligne ce court clip dévoilant la conception du dispositif.
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