ZF entwickelt kompakten E-Motor

Der Auto- und Industriezulieferer ZF entwickelt einen E-Motor zur Serienreife, der ohne Magnete auskommt. Im Unterschied zu bereits verfügbaren magnetfreien Konzepten sogenannter fremderregter E-Motoren wird beim „I2SM“ (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) der Friedrichshafener die Energie für das Magnetfeld über einen induktiven Erreger innerhalb der Rotorwelle übertragen. Das mache den Motor laut ZF „einzigartig kompakt mit höchster Leistungs- und Drehmomentdichte“.

Der Konzern plant, die I2SM-Technologie als Option innerhalb der eigenen E-Antriebsplattform anzubieten. Pkw- und Nfz-Kunden können dann für ihre jeweiligen Anwendungen zwischen einer Variante mit 400-Volt-Architektur oder mit 800-Volt-Architektur wählen. Letztere setzt bei der Leistungselektronik auf Siliziumkarbid-Chips.

ZF sieht in seiner Variante eines fremderregten Synchronmotors (FSM) eine Alternative zu den so genannten permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PSM). Letztere sind die am häufigsten bei E-Fahrzeugen eingesetzten Motoren. Sie basieren allerdings auf Magneten, zu deren Herstellung Seltene Erden notwendig sind.

„Mit diesem magnetfreien E-Motor ohne Seltene Erden haben wir eine weitere Innovation, mit der wir unser elektrisches Antriebsportfolio konsequent auf nachhaltige, effiziente und ressourcenschonende Mobilität trimmen“, erklärt Holger Klein, Vorstandsvorsitzender von ZF. Er sieht „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, verspricht das Unternehmen. Außerdem könne der CO2-Footprint in der Herstellung, der bei PSM-E-Motoren insbesondere durch Magnete mit Seltenen Erden entsteht, um bis zu 50 Prozent gesenkt werden. ZF-Vorstand Stephan von Schuckmann betont, dass der Verzicht auf Seltene Erden nicht zulasten der Abmessungen des E-Motors geht oder zu einem höheren Gewicht führt.

Damit sich das Magnetfeld im Rotor durch Strom statt durch Magnete aufbaut, seien beim FSM-Konzept aktuell noch in den meisten Fällen Schleif- oder Bürstenelemente notwendig, die zu Kompromissen zwingen: So werde ein trockener, für die Ölkühlung nicht zugänglicher Bauraum mit zusätzlichen Dichtungen benötigt. Dadurch nehmen diese herkömmlichen FSM laut ZF axial rund 90 Millimeter mehr Raum in Anspruch. Infolgedessen könnten Hersteller bei ihrer Modellplanung in der Regel nicht flexibel und ohne zusätzlichen Aufwand zwischen PSM- und FSM-Varianten variieren.

ZF sei es nun gelungen, die bauartbedingten Nachteile gängiger FSM auszugleichen. Insbesondere die Drehmomentdichte sei durch ein innovatives Rotordesign gegenüber dem Stand der Technik deutlich gesteigert werden. Verglichen mit gängigen fremderregten E-Maschinen benötige die ZF-Entwicklung bis zu 90 Millimeter weniger axialen Bauraum. Im Hinblick auf die Leistungs- und Drehmomentdichte agiere der FSM von ZF dagegen auf dem Niveau einer PSM.

Dazu aus dem Datencenter:

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