Auto Kolbenspezialist entwickelt Super-E-Motor - Elektro-Maschine von Mahle

16:55  10 mai  2021
16:55  10 mai  2021 Quelle:   auto-motor-und-sport.de

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Das schwäbische Traditionsunternehmen, bekannt vor allem für Kolben und Ventiltriebe von Verbrennungsmotoren, entwickelt einen neuartigen Elektromotor, dessen Effizienz die von Maschinen in der Formel E erreichen soll.

  Kolbenspezialist entwickelt Super-E-Motor - Elektro-Maschine von Mahle © Mahle

Der Stuttgarter Automobil-Zulieferer will dazu die Stärken verschiedener E-Motoren-Konzepte kombiniert haben. In der Tat ist auf den ersten Blick nicht gleich ersichtlich, ob es sich um einen Synchron- oder Asynchronmotor handelt. Was ist hier überhaupt der Unterschied, was sind die Vor-und Nachteile?

Effiziente Synchronmaschinen

Als Vorteil von Synchronmaschinen gilt ihre höhere Leistungsdichte und ihre gute Effizienz. Bei ihnen laufen die Magnetfelder von Rotor und Stator in der Regel schlupffrei synchron, daher die Bezeichnung. Nachteil: Viele aktuell in Elektroautos eingesetzte Synchronmaschinen arbeiten mit einem Permanentmagneten im Rotor, für dessen Herstellung demzufolge seltene Erden nötig sind. Sie sind nicht gerade billig und ihre Beschaffung ist an Abhängigkeiten auf dem Rohstoffmarkt geknüpft; außerdem ist ihre Förderung ökologisch teils bedenklich.

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Asynchronmaschinen sind günstiger

Damit gelangt man zum größten Vorteil von Asynchronmaschinen: Sie kommen ohne Permanentmagnete aus, da in ihnen auch das Magnetfeld des Rotors durch Induktion erzeugt wird. Außerdem lassen sich Asynchronmotoren leichter stromlos stellen, weil das Magnetfeld nicht permanent ist und bringen einer von außen eingebrachten Bewegung somit keinen Widerstand entgegen. Synchronmotoren mit Permanentmagnet (PSM) rekuperieren in solchen Fällen, also beim Rollen etwa, zwangsweise. Das führt auch zu Problemen beim Abschleppen beispielsweise, weil die als Generator funktionierende PSM dann Spannung ins System bringt.

Eier legende Wollmilchsau ohne Magnete?

Eine Synchronmaschine ohne Permanentmagnete wäre also gut. Auch das gibt es natürlich. Bei den Autobauern setzt BMW (im iX3 und iX) beispielsweise die so genannte stromerregte Synchronmaschine (SSM) ein. Die Münchner schätzen die bessere Regelbarkeit, weil das Rotormagnetfeld eben nicht permanent ist, sondern von der eingesetzten Spannung abhängt, und dass das Drehmoment bei höheren weniger schnell und stark abfällt. Nachteilig: Die Zuführung und Regelung des Rotorstroms ist kompliziert; der Rotorstrom beeinträchtigt außerdem die Leistung.

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Der neue Mahle-Motor ist ebenfalls eine stromerregte Synchronmaschine. Als entscheidend betrachten die Schwaben, dass sie den auf dem Rotor benötigten Strom bei ihrem Konzept verschleißfrei durch eine kontaktlose, induktive Übertragung bereitstellen. Eine kontaktlose, induktive Energieübertragung gibt’s allerdings nur mit Wechselstrom, während Batterien Gleichstrom liefern. Auch der Rotor benötigt Gleichstrom.

Bis zu 96 Prozent Wirkungsgrad

In E-Autos erzeugt ein Traktionsinverter aus der Gleichspannung des Hochvolt-Bordnetzes eine Wechselspannung für den Motor. In der Maschine von Mahle wandelt ein Brückengleichrichter, der auf dem rotierenden Part der Maschine sitzt, den Wechselstrom zurück in Gleichstrom. Die Energieübertragung erfolgt so induktiv, aber die Magnetfelder von Stator und Rotor laufen synchron ohne Schlupf. Mahle nennt als Wirkungsgrad 95 Prozent, in besonders günstigen Betriebsphasen sogar 96 Prozent – eine Effizienz die auch die Formel-E-Teams für ihre Maschinen angeben.

In zwei Jahren, so der Zulieferer, könnte der Motor in Serie gehen, man sei grundsätzlich bereit für die Applikationsentwicklung. Nachdem Mahle nicht selbst Autos baut, braucht es dafür freilich Interesse seitens der Autohersteller. Dazu heißt es von dem Traditionsunternehmen: "Wir stoßen auf sehr großes Kundeninteresse" – man bitte aber um Verständnis, dass man diesbezüglich nicht konkret werden könne.

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