La piattaforma iDM220 prodotta da BorgWarner si rivolge ai costruttori che vogliano integrare in un solo blocco tutte le funzioni tipiche di un powertrain elettrificato.
In particolare, l’iDM220 unisce il motore elettrico con l’elettronica di potenza (inverter), la gestione termica e la trasmissione.
Semplificando il concetto, aggiungendo all’iDM220 una batteria e i relativi cavi di collegamento si può creare un pacchetto autonomo da installare sulla piattaforma veicolo.
Motore elettrico dell’ iDM220
Per alimentare l’iDM220 è stato scelto un motore IPM (con rotore a magneti permanenti) ad alta velocità con tecnologia statorica HVH (High Voltage Hairpin) BorgWarner Gen2.
Il motore, costituito da un rotore a sei poli può funzionare in modo efficiente anche oltre 17.000 giri/min.
Il design dello statore utilizza quattro scanalature per polo e per fase per migliorare l’NVH.
La potenza di picco dell’iDM220 può essere impostata tra 150 e 300 kW quando funziona a 350V, a seconda della configurazione degli avvolgimenti; questa scalabilità è applicabile sia ai motori elettrici alimentati a 400V e a 800V.
Dispositivi elettronici di potenza
La scelta del dispositivo elettronico di potenza da utilizzare su un iDM220 dipende da diverse considerazioni.
La tensione è un dato tipico dell’applicazione, ma la corrente è dipendente dalla potenza e dalla coppia richieste in uscita.
Ci sono poi altre priorità . Se la prima è il costo, il motore elettrico può essere più piccolo e si può utilizzare una corrente di fase più elevata per mantenere la coppia in uscita richiesta.
I dispositivi di potenza basati sulla tecnologia al silicio sono i più adatti a questa configurazione, poiché il maggior costo dell’inverter che deve gestire una maggiore corrente è più che compensato dal minor costo del motore.
Tuttavia, se l’obiettivo è un’elevata efficienza del sistema, è preferibile abbinare a un dispositivo di potenza al carburo di silicio una corrente di fase inferiore.
In entrambi i casi, BorgWarner ha un modulo di potenza della serie Viper più adatto e per ognuno di essi è disponibile un dettaglio dei costi che aiuta ad adattare il dispositivo di potenza alle prestazioni richieste dal progetto e al budget.
iDM220: specifiche della trasmissione
Per definire le specifiche della trasmissione per un iDM, è necessario stabilire il rapporto di trasmissione complessivo e l’architettura della trasmissione.
Applicazioni tipiche già sperimentate indicano nel rapporto di trasmissione base di 10,64:1 un buon compromesso.
Questo rapporto di riduzione consente, ipotizzando il regime motore fissato a 17.000 giri/min, di ottenere una velocità di uscita di 1.600 giri/min.
Strategie di gestione termica
Si è constatato che l’efficienza del sistema di raffreddamento forzato a olio di un motore elettrico dipende da due fattori:
- il primo è non richiedere guarnizioni di tenuta sull’albero del rotore e sui cuscinetti per mantenere asciutta la cavità del motore, eliminando le relative perdite per attrito;
- la seconda è la riduzione delle perdite per sbattimento normalmente indotte dalla lubrificazione a sbattimento degli ingranaggi in bagno d’olio.
Un ulteriore vantaggio che deriva dall’applicazione della lubrificazione forzata è l’aumento della potenza del motore elettrico, compresa tra il 30 e il 150%, a seconda della velocità del rotore.
Questo miglioramento può essere attribuito all’effetto di raffreddamento aggiuntivo dell’olio che consente di ottenere prestazioni elevate da motori compatti, specialmente in termini di costanza alle alte velocità o sotto forti carichi costanti, come la marcia in salita.
Ovviamente l’aggiunta di una pompa elettrica, di uno scambiatore di calore acqua-olio, di un filtro e di componenti per la distribuzione dell’olio ai componenti dell’ iDM220 comporta inevitabilmente un maggiore costo complessivo, ma questo può essere ampiamente giustificato dal risparmio su altre parti che può essere che è stato calcolato essere da due a sei volte il costo della pompa e delle sue periferiche.
