09/07/2025
ZF dévoile un rotor innovant réduisant l'emploi de terres rares
L’indépendance des constructeurs et équipementiers face aux terres rares est devenu un enjeu majeur de la conception des moteurs électriques. Outre son moteur à rotor bobiné par induction, ZF développe un moteur à aimants permanents sans terres rares lourdes.
L'équipementier allemand a présenté sa plateforme eDrive SELECT, une famille de groupes motopropulseurs électriques, modulaires et évolutifs, permettant de répondre à une large demande de constructeurs et proposant une réduction du coût de 15 % d’après leurs analyses concurrentielles. Selon les configurations, la puissance varie de 100 à 300 kW, le couple de 2 000 à 5 500 Nm, la tension de 400 à 800 V et le rendement de 92 à 93 % (hors ASM). Un convertisseur de charge, permettant également les fonctions V2L (Vehicle-to-Load) et V2G (Vehicle-to-Grid), peut également être intégré en option.
Une large flexibilité est donnée par de nombreux éléments à disposition :
• Rotor à aimants permanents, à bobine d'excitation ou de type asynchrone (ASM)
• Longueur active de 80 à 160 mm
• Diamètre du rotor de 215 à 245 mm
• Onduleur SiC acceptant 380 à 600 A (Arms)
Notons que la version à rotor bobiné dispose d'une alimentation via un système à induction radial I²SM (In-rotor Inductive-excited Synchronous Machine), et non par balai (voir sa présentation dans notre dossier Le moteur électrique à rotor bobiné). Le début de production de cette nouvelle famille de moteurs est prévu pour 2028.
Rotor avec enveloppe en carbone
Dans cette famille apparaît également une alternative issue d'un projet parallèle. Afin d'atteindre des régimes très élevés, ZF a travaillé sur la solution d'une enveloppe en fibres de carbone entourant le rotor afin d'éviter le décollage des aimants permanents par centrifugation. Il est alors apparu deux avantages annexes.
Le premier concerne la protection thermique de la chaleur du stator rayonnant sur le rotor apportée par cette enveloppe en fibres de carbone. En conséquence, le risque de démagnétisation à haute température des aimants permanents au néodyme est repoussé, ce qui évite d’avoir recours aux terres rares lourdes, telles que le dysprosium, afin d’accroître leur coercivité. En second avantage, la présence de l'enveloppe en carbone permet de positionner les aimants permanents plus près du stator car il n'est plus nécessaire d’utiliser une partie des tôles ferromagnétiques pour leur retenue contre la centrifugation. L'entrefer est alors réduit. Ainsi, il est également possible de réduire la quantité massique d’aimants permanents au néodyme (terre rare légère) de 30 %, tout en maintenant une densité de puissante élevée.
Un moteur de la famille eDrive SELECT, équipé de ce rotor innovant, peut délivrer une puissance en pic (10 s) de 210 kW et un couple maximal de 430 Nm, son régime maxi pouvant atteindre 18 000 tr/min.
Yvonnick Gazeau
