OHNE MAGNETE UND SELTENE ERDEN: DEUTSCHE ARBEITEN AN EINDRUCKSVOLLEM E-MOTOR

ZF entwickelt derzeit einen Elektromotor, der ohne Magnete auskommt. Das ist zunächst nicht ungewöhnlich – im Unterschied zu heute schon verfügbaren magnetfreien Konzepten sogenannter fremderregter E-Motoren wird bei dem neuen Motor "I2SM" (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) jedoch die Energie für das Magnetfeld über einen induktiven Erreger innerhalb der Rotorwelle übertragen. So soll der Antrieb besonders kompakt und leistungsstark werden.

Diese weiterentwickelte Variante eines fremderregten Synchronmotors (FSM) soll eine Alternative zu den permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PSM) sein, die aktuell die am häufigsten bei E-Fahrzeugen verbaut sind. Diese Motoren basieren allerdings auf Magneten, zu deren Herstellung Seltene Erden notwendig sind. Weil der ZF-Motor keine Seltenen Erden benötigt, soll er auch besonders nachhaltig sein.

Der E-Motor soll ohne seltene Erden auskommen

Holger Klein, Vorstandsvorsitzender von ZF, sagt: „Wir sehen derzeit keinen Wettbewerber, der diese Technologie so kompakt beherrscht wie ZF.“ Im Vergleich zu gängigen FSM-Systemen können durch den induktiven Erreger die Verluste bei der Energieübertragung in den Rotor um 15 Prozent reduziert werden, erklärt ZF in einer Pressemeldung. Außerdem könne der CO₂-Fußabdruck in der Herstellung, der bei PSM-E-Motoren insbesondere durch Magnete mit Seltenen Erden entsteht, um bis zu 50 Prozent gesenkt werden.

Der Verzicht auf Seltene Erden soll auch die Abhängigkeiten in den Lieferketten reduzieren. Darüber hinaus treten im Vergleich zu PSM keine Schleppverluste durch Permanentmagnete auf, was in bestimmten Betriebspunkten wie beispielsweise langen Autobahnfahrten mit hoher Drehzahl einen besseren Wirkungsgrad ermöglichen soll.

Verzicht auf Schleifelemente bedeutet weniger Platzbedarf und längere Lebensdauer

Damit sich das Magnetfeld im Rotor durch Strom statt durch Magnete aufbaut, sind beim FSM-Konzept aktuell noch in den meisten Fällen Schleif- oder Bürstenelemente notwendig, so beispielsweise bei den E-Motoren von BMW. Diese Schleifelemente zwingen die Hersteller zu Kompromissen: Sie erfordern beispielsweise einen trockenen, also für die Ölkühlung nicht zugänglichen Bauraum mit zusätzlichen Dichtungen. Somit benötigen diese Motoren axial rund 90 Millimeter mehr Raum. Schleifkontakte nutzen sich außerdem über Zeit ab und bedeuten weiteren konstruktiven Zusatzaufwand.

ZF konnte laut eigener Aussage bereits die bauartbedingten Nachteile gängiger fremderregter Synchronmaschinen ausgleichen: Insbesondere die Drehmomentdichte konnte durch ein neuartiges Rotordesign deutlich gesteigert werden. Weil der Erreger ohne zusätzlichen Platzbedarf in den Rotor integriert werden konnte, entstehen keine axialen Bauraumnachteile. Zudem führt eine Leistungsdichtesteigerung im Rotor zu einer Verbesserung der Performance, verspricht ZF.

Über den Zeitplan bis zur Serienreife ist noch nichts bekannt. ZF plant allerdings, die I2SM-Technologie als Option innerhalb der eigenen E-Antriebsplattform anzubieten. Kunden aus dem Pkw- und Nutzfahrzeugsegment können dann für ihre jeweiligen Anwendungen zwischen einer Variante mit 400-Volt-Architektur oder mit 800-Volt-Architektur wählen.

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