ZF presenta un revolucionario motor para coches eléctricos que gira a 30.000 rpm, entrega 3.500 Nm de par y reduce un 25% su tamaño y peso

La evolución de los motores para coches eléctricos está tomando un camino bastante interesante. Durante años, los fabricantes se han centrado en aumentar la potencia, mejorar la eficiencia y reducir el consumo de materiales. Pero ahora están empezando a explorar otra posibilidad que puede tener consecuencias importantes tanto para el diseño de los coches como para sus costes de fabricación: conseguir que los motores giren a velocidades mucho más elevadas.

El especialista alemán ZF lleva tiempo trabajando en esta dirección y acaba de presentar nuevos detalles de su tecnología High Revolution Drive. Una propuesta que busca romper con algunos de los límites habituales de los sistemas de propulsión eléctricos actuales, utilizando un motor más pequeño y ligero que, gracias a una transmisión especialmente desarrollada, puede ofrecer unas prestaciones propias de unidades mucho más grandes.

Lo interesante es que esta tecnología no está pensada exclusivamente para deportivos de altas prestaciones o modelos de lujo. ZF quiere llevarla a coches eléctricos de gran producción, donde reducir unos cuantos kilos, ahorrar materiales y liberar espacio puede suponer una ventaja importante. Y los primeros resultados muestran que todavía existe bastante margen para mejorar unos motores que ya destacan por su elevada eficiencia.

Un motor eléctrico de 30.000 rpm que reduce un 25% el peso y utiliza la mitad de imanes

La principal característica del nuevo ZF High Revolution Drive es su capacidad para alcanzar las 30.000 revoluciones por minuto, una velocidad muy superior a las 18.000 rpm del motor utilizado por la compañía como referencia. Para conseguirlo, los ingenieros han desarrollado un sistema que combina motor eléctrico, electrónica de potencia y transmisión en una única unidad compacta.

La versión presentada alcanza una potencia máxima de 200 kW (272 CV), pero lo verdaderamente llamativo es que consigue reducir aproximadamente un 25% tanto el tamaño como el peso respecto a un sistema convencional de prestaciones equivalentes. Una diferencia considerable en un componente que debe instalarse en una zona donde cada centímetro cuenta y que, además, influye directamente en el peso total del coche.

La clave está en una característica básica de los motores eléctricos. Para una misma potencia, cuanto mayor es la velocidad de giro, menor es el par que necesita generar el motor. Esto permite reducir el tamaño del rotor y, por tanto, utilizar menos materiales para conseguir el mismo resultado. El problema es que las ruedas no pueden girar a esas velocidades, por lo que resulta imprescindible adaptar el movimiento mediante una transmisión.

ZF ha resuelto esta cuestión utilizando una reductora de dos etapas con engranajes helicoidales y una relación aproximada de 18:1. Esto significa que el motor puede girar a velocidades muy elevadas mientras la transmisión reduce esas revoluciones y multiplica el par disponible a la salida. Gracias a esta configuración, el sistema alcanza un par máximo de 3.500 Nm en la salida de la transmisión hacia las ruedas.

Otra de las ventajas está en el consumo de materiales. ZF asegura que el High Revolution Drive necesita un 50% menos de masa de imanes que su unidad de referencia de 18.000 rpm. Esto puede tener consecuencias importantes sobre el coste de fabricación y la dependencia de materias primas críticas, especialmente en un momento en el que los fabricantes europeos buscan reducir su exposición a determinadas cadenas de suministro.

Por supuesto, hacer girar un motor a semejantes velocidades también plantea dificultades. A medida que aumentan las revoluciones, controlar las vibraciones, el ruido y las cargas que soportan los rodamientos resulta más complicado. Por eso, ZF ha desarrollado conjuntamente el motor, los engranajes y los apoyos mecánicos, prestando especial atención a la geometría de los dientes de la transmisión.

Según Thomas Meiser, responsable de la división de movilidad eléctrica de ZF, las 30.000 rpm representan actualmente el mejor equilibrio entre prestaciones técnicas y costes para esta solución. Una velocidad que permite aprovechar las ventajas de un motor más compacto sin que las dificultades de fabricación y funcionamiento terminen anulando los beneficios.

Y hay otro dato especialmente interesante: pese al aumento de revoluciones y a la utilización de una reductora de dos etapas, el conjunto mantiene una eficiencia cercana al 93%, prácticamente idéntica a la de la unidad convencional utilizada como comparación. Esto significa que ZF ha conseguido reducir tamaño y peso sin sacrificar el rendimiento energético global del sistema.

La reducción de masa también puede contribuir a mejorar la autonomía, aunque ZF todavía no ha facilitado cifras concretas sobre cuántos kilómetros adicionales podría conseguir un coche equipado con esta tecnología. Su principal ventaja será probablemente la combinación de menor peso, menor consumo de materiales y una integración más sencilla dentro de las plataformas eléctricas.

El High Revolution Drive forma parte de la arquitectura modular SELECT de ZF, que permite adaptar diferentes componentes a las necesidades de cada fabricante. La compañía está centrando inicialmente su desarrollo en sistemas de entre 150 kW (204 CV) y 200 kW (272 CV), un rango de potencia especialmente interesante para berlinas y SUV eléctricos de gran volumen.

Además, la tecnología es compatible tanto con arquitecturas de 400 como de 800 voltios, lo que facilitaría su utilización en diferentes plataformas sin necesidad de desarrollar un sistema completamente nuevo para cada aplicación. Esta flexibilidad puede resultar especialmente atractiva para los fabricantes que buscan compartir componentes entre varios modelos y reducir los costes de desarrollo.

ZF ya mantiene conversaciones con diferentes fabricantes de automóviles y su objetivo es llevar esta tecnología a producción en torno a 2030. Todavía queda trabajo por delante, especialmente para garantizar la durabilidad, controlar los costes y adaptar el sistema a las exigencias de la fabricación a gran escala.

Pero el planteamiento resulta especialmente interesante para la industria europea. Mientras buena parte de la atención se concentra en las baterías, los tiempos de recarga y las nuevas arquitecturas eléctricas, empresas como ZF están demostrando que los propios motores también tienen un importante margen de evolución. Y conseguir la misma potencia con un conjunto un 25% más pequeño y ligero, utilizando la mitad de imanes, puede ser tan importante para el futuro del coche eléctrico como aumentar unos kilómetros su autonomía.

Fuente | ZF