Elektromobilität Motor ohne seltene Erden für E-Fahrzeuge entwickelt

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Astemo hat einen neuen Motor für batteriebetriebene Fahrzeuge entwickelt. Die Kombination aus Magneten ohne seltene Erden und Synchronreluktanzmotoren für Haupt- und Nebenantriebe ermöglicht eine breite Leistungsspanne.

Astemo, Ltd. hat einen neuen Motor für batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) entwickelt, der vollständig auf den Einsatz seltener Erden verzichtet und damit Ressourcenrisiken deutlich reduziert. Die Entwicklung basiert auf einem Synchronreluktanzmotor-System. Dabei 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 kombiniert Astemo 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 laut Astemo weltweit eine Premiere (Stand: Okt. 2025).

Das Problem mit seltenen Erden

Konventionelle BEV-Motoren nutzen im Rotor in hohem Maße 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.

Werkstoffe

Was sind Seltene Erden?

Synchronreluktanzmotor als nachhaltige Alternative

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 kompensiert 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.

Hauptantrieb mit Ferritmagneten unterstützt

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. Gleichzeitig bleibt die Größensteigerung gegenüber 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 BEV-Antriebssystems wirksam reduzieren.

Energieverluste im gesamten Antriebssystem reduzieren

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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