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Elektromobilität Neuer Motor ohne seltene Erden reduziert Ressourcenabhängigkeiten

Von Stefanie Eckardt 2 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Hitachi Astemo Europe GmbH
Kisling AG

Astemo hat einen Motor für Elektrofahrzeuge entwickelt, der vollständig auf den Einsatz seltener Erden verzichtet. Die Neuentwicklung basiert auf einem Synchronreluktanzmotor-System.

Die Kombination aus Magneten ohne seltene Erden und Synchronreluktanzmotoren für Haupt- und Nebenantriebe ermöglicht eine breite Leistungsspanne.(Bild: Astemo)
Die Kombination aus Magneten ohne seltene Erden und Synchronreluktanzmotoren für Haupt- und Nebenantriebe ermöglicht eine breite Leistungsspanne.
(Bild: Astemo)

Elektromotoren nutzen in der Regel im Rotor Permanentmagnete aus seltenen Erden, etwa Neodym, um starke Magnetfelder zu erzeugen. Seltene Erden sind jedoch mit erheblichen geopolitischen Risiken verbunden und eine stabile Versorgung ist schwer sicherzustellen. Magnete ohne seltene Erden, wie Ferritmagnete, sind zwar gut verfügbar, besitzen jedoch nur etwa ein Drittel der magnetischen Kraft. Um die gleiche Leistung wie ihr Pendant mit Magneten aus selten Erden zu erreichen, müsste der Motor daher etwa dreimal so groß ausgelegt werden. Als Alternative wurden Induktionsmotoren und fremderregte Motoren eingeführt, die ohne Permanentmagnete auskommen. Weil sie das Magnetfeld im Rotor jedoch mithilfe von Elektromagneten erzeugen, benötigen sie große Mengen Kupfer im Rotor. Mit der zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien und der steigenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen ergibt sich daraus ein potenzielles Ressourcenrisiko für Induktions- und fremderregte Motoren, insbesondere im Hinblick auf mögliche Kupferknappheiten.

„Multi-Layer-Flux“-Struktur

Astemo hat daher einen neuen Synchronreluktanzmotor als nachhaltige Alternative entwickelt. Der Motor erzeugt Rotationskraft, indem er Unterschiede im magnetischen Widerstand (Reluktanz) nutzt, die sich aus der Form des Rotorkerns ergeben. Durch die Entwicklung einer „Multi-Layer-Flux“-Struktur wird der Weg der magnetischen Kraftübertragung in mehrere Schichten aufgeteilt. Gleichzeitig lässt sich der Strom so präzise steuern, dass sich im Rotorkern gezielt magnetische Pole ausbilden. Auf diese Weise kann die starke Magnetkraft von Neodym-Magneten kompensiert werden. Die Bildung magnetischer Pole im Rotorkern erfordert einen höheren Stromfluss durch die Spulen des Stators. Das ist eine erhebliche Herausforderung, weil sich die Spulen dabei stärker erwärmen. Hierfür hat man im Unternehmen eine Struktur entwickelt, bei der die Nuten und Enden der Spulen in Kühlöl getaucht sind. Dadurch ließ sich die zusätzliche Wärmeentwicklung im Motor erheblich reduzieren.

Vergleich zwischen herkömmlichen Permanentmagnetmotoren und den neuen Synchronreluktanzmotoren(Bild: Astemo)
Vergleich zwischen herkömmlichen Permanentmagnetmotoren und den neuen Synchronreluktanzmotoren
(Bild: Astemo)

In Bezug auf die Leistung erreicht der Hauptantriebsmotor, der in einem Stromer kontinuierlich im Einsatz ist, eine Leistung von 180 kW. Dabei handelt es sich um einen magnetunterstützten Synchronreluktanzmotor, der Ferritmagnete als unterstützendes Element nutzt. Gleichzeitig bleibt die Größensteigerung im Vergleich zu herkömmlichen Permanentmagnetmotoren mit seltenen Erden auf 30 Prozent. Für den Nebenantrieb wurde ein Synchronreluktanzmotor entwickelt, der vollständig ohne Magnete auskommt. Denn in einem Nebenantriebsmotor verbaute Magnete könnten während der Freilaufphasen des Hauptantriebs als Bremsmoment wirken und Energieverluste verursachen. Der Nebenantriebsmotor wird daher nur bei Bedarf zur Leistungsunterstützung eingesetzt und liefert dabei bis zu 135 kW. Auf diese Weise lässt sich der Gesamtenergieverbrauch des Antriebssystems wirksam reduzieren. (se)

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