Astemo
Risikominimierung: Alternative zu Permanentmagnetmotoren
Astemo entwickelt einen BEV-Motor ohne seltene Erden auf Basis der Synchronreluktanztechnik. Ein 180-kW-Hauptantrieb und ein 135-kW-Nebenantrieb erreichen zusammen 315 kW, senken Ressourcenrisiken und Energieverluste. Serienstart ist ab 2030 geplant.
Astemo hat ein neuartiges Antriebssystem für batterieelektrische Fahrzeuge entwickelt, das vollständig auf den Einsatz seltener Erden verzichtet. Kern der Lösung ist ein Synchronreluktanzmotor-Konzept, das Leistungsfähigkeit konventioneller Permanentmagnetmotoren erreicht und zugleich Ressourcen- und Beschaffungsrisiken reduziert.
In dem neuen Motor entsteht die Rotationskraft durch Magnetismus, der während des Betriebs im rotierenden Eisenkern des Rotors erzeugt wird. Der Hauptantriebsmotor, der kontinuierlich für den Vortrieb genutzt wird, ist mit Magneten ohne seltene Erden ausgestattet und erreicht eine Leistung von 180 kW. Dadurch kann der bislang übliche Permanentmagnetmotor in BEV-Antriebssystemen ersetzt werden, der große Mengen seltener Erden benötigt. Für den Nebenantrieb zur Leistungsunterstützung setzt Astemo auf einen Synchronreluktanzmotor, der Energieverluste während des Freilaufs verhindert. Zusammen erreichen Haupt- und Nebenantrieb eine Gesamtleistung von 315 kW. Die praktische Anwendung von Synchronreluktanzmotoren ist für das Jahr 2030 geplant. Ihr Einsatz in Serienfahrzeugen wäre weltweit eine Premiere.
Konventionelle BEV-Motoren nutzen im Rotor typischerweise 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 oder weniger der magnetischen Kraft. Um die gleiche Leistung wie ein konventioneller Motor zu erreichen, müsste der Motor daher etwa dreimal so groß ausgelegt werden. Als Alternative wurden Induktionsmotoren und fremderregte Motoren eingeführt, die ohne Permanentmagnete auskommen. Da 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.
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 sogenannten »Multi-Layer-Flux«-Struktur wird der Weg der magnetischen Kraftübertragung in mehrere Schichten aufgeteilt. Gleichzeitig wird der Strom so präzise gesteuert, dass sich im Rotorkern gezielt magnetische Pole ausbilden. Auf diese Weise kann die starke Magnetkraft von Neodym-Magneten erreicht werden. Die Bildung magnetischer Pole im Rotorkern erfordert einen höheren Stromfluss durch die Spulen des Stators (der feststehende Teil des Motors). Dies stellt eine Herausforderung dar, da sich die Spulen dabei stärker erwärmen. Astemo hat diese Herausforderung gelöst, indem eine Struktur entwickelt wurde, bei der die Nuten und Enden der Spulen in Kühlöl getaucht sind. Dadurch konnte die zusätzliche Wärmeentwicklung im Motor wirksam reduziert werden.
In Bezug auf die Leistung erreicht der Hauptantriebsmotor, der in BEVs kontinuierlich im Einsatz ist, eine Leistung von 180 kW. Dabei handelt es sich um einen magnetunterstützten Synchronreluktanzmotor, der Ferritmagnete als unterstützendes Element nutzt. Der magnetunterstützte Synchronreluktanz-Hauptmotor erreicht 180 kW bei einem Bauraumzuwachs von rund 30 Prozent gegenüber einem leistungsgleichen Permanentmagnetmotor. 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 BEV-Antriebssystems wirksam reduzieren.
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Der neu entwickelte Motor ohne seltene Erden stärkt das Portfolio von Astemo im Bereich elektrischer Antriebsstränge und liefert eine Leistung, die mit der von konventionellen BEV-Motoren vergleichbar ist. Er reduziert Beschaffungsrisiken und Preisschwankungen, die mit schwer verfügbaren Ressourcen wie seltenen Erden verbunden sind, und ermöglicht dadurch eine stabile Motorversorgung. Darüber hinaus senkt er den Energieverlust im gesamten BEV-Antriebssystem – einschließlich Haupt- und Nebenantrieb – und reduziert so den Stromverbrauch in einer Vielzahl von Fahrszenarien.
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