ZF formuliert weltweit kompaktesten Magnetfreien EV-Motor

Mehrere Unternehmen weltweit haben sich intensiv damit beschäftigt, magnetfreie Elektromotoren zu erfinden und zu verbessern, um sie für die schnell wachsende EV-Industrie attraktiver zu machen. ZF Friedrichshafen hat einen ähnlichen drahtlos induktiven Weg wie der deutsche Automobilzulieferer Mahle eingeschlagen, jedoch mit einer eigenen einzigartigen Konfiguration. Indem ZF seinen induktiven Sender in den Rotor selbst integriert, spart das Unternehmen Platz und schafft einen besonders kompakten magnetfreien Motor, dessen Leistung nach eigenen Angaben der der Permanentmagnet-Synchronmotoren (PSM), die derzeit das EV-Engineering beherrschen, entspricht.

Indem die Magneten eines Rotors durch elektrische Wicklungen ersetzt werden, können Hersteller die Kosten, den ökologischen Schaden und mögliche Lieferkettenunterbrechungen, die mit dem Abbau der für diese Magneten benötigten seltenen Erden verbunden sind, eliminieren. Traditionelle magnetfreie Designs bringen jedoch zusätzliche physische Elemente wie Gleitringe oder Bürsten mit sich, die benötigt werden, um den elektrischen Strom in die Rotorwicklungen zu leiten. Dadurch wird das Ganze größer und schwerer und es entsteht mehr Reibung sowie Potenzial für Verschleiß und Abnutzung. Daher setzen EV-Hersteller in der Regel – wörtlich und bildlich gesprochen – auf Motoren mit Permanentmagneten als den Weg des geringsten Widerstands.

Eine vielversprechende Lösung ist die kontaktlose Induktion, die die Rotorwicklungen ohne physische Bürsten oder Ringe mit Strom versorgt und dadurch deren Nachteile eliminiert. Um diesen Ansatz weiter voranzutreiben, hat ZF seinen induktiven Sender in die Mitte der Wicklungen im Rotor integriert. Dadurch entfällt der zusätzliche axiale Platzbedarf von 3,5 Zoll (90 mm), den physische Lösungen wie Bürsten laut ZF einnehmen, und es wird eine Leistungs- und Drehmomentsdichte erreicht, die mit einem PSM vergleichbar ist.

Dieses Design nennt ZF den In-Rotor Inductive Excited Synchronous Motor (I2SM), und die Idee ist, dass ein Automobilhersteller einen PSM durch diesen neuen Motortyp ersetzen könnte, ohne Einbußen in Bezug auf Verpackung oder Leistung hinnehmen zu müssen. ZF gibt zudem an, dass der I2SM bei kontinuierlichem Hochgeschwindigkeitsbetrieb, wie etwa bei Autobahnfahrten, effizienter arbeiten würde als ein PSM.

Der induktive Sender von ZF scheint kompakter zu sein als Alternativen wie Mahles (unten), die zwei Scheiben mit größerem Durchmesser um die Außenseite der Rotorwelle verwenden. Es ist natürlich unmöglich, die beiden Prototyp-Systeme auf definitive Weise zu vergleichen oder basierend auf ersten Darstellungen etwas über ZFs Behauptung, dass es sich um den „kompaktesten und drehmomentdichtesten E-Motor ohne Magnete oder seltene Erden“ handelt, zu sagen. Dafür müssen wir auf konkrete Daten wie Abmessungen, Gewicht und Leistungszahlen warten.

Die Möglichkeit, den Magnetismus der Wicklungen im Rotor ständig anzupassen, hat es Mahle ermöglicht, diesen Elektromotor zu einem überaus effizienten Modell zu machen, das besonders bei hohen Geschwindigkeiten glänzt.
Die Möglichkeit, den Magnetismus der Wicklungen im Rotor ständig anzupassen, hat es Mahle ermöglicht, diesen Elektromotor zu einem überaus effizienten Modell zu machen, das besonders bei hohen Geschwindigkeiten glänzt.

Mahle

Zurzeit plant ZF, seine Entwicklungsarbeit in Richtung Serienreife fortzusetzen mit dem Ziel, die I2SM-Einheiten in 400-V- und 800-V-Elektroantriebsplattformen für die Lieferung an Personenwagen- und Nutzfahrzeughersteller zu integrieren. Die ersten Arbeiten am I2SM stellte das Unternehmen auf der dieswöchigen IAA Mobility Munich vor.

Unten animiert ZF die Motorentechnologie.

Animation – ZF’s I2SM (In-Rotor-Induktiv Erregter Synchronmotor)

Quelle: ZF Friedrichshafen

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