E-Motoren Neues FSM-Konzept von ZF: Aktiv gekühlt und ohne Magnete

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

ZF Friedrichshafen AG

ZF arbeitet an einem fremderregten Synchronmotor, der ohne Magnete auskommt. Ein neues Konzept verringert den Bauraum und ermöglicht einen flüssig gekühlten Rotor.

ZF arbeitet an einem E-Motor ohne Magnete. Im Unterschied zu bereits verfügbaren magnetfreien Konzepten sogenannter fremderregter E-Motoren wird beim „I²SM“ (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) von ZF die Energie für das Magnetfeld über einen induktiven Erreger innerhalb der Rotorwelle übertragen. Das neue Konzept soll zur Serienreife entwickelt werden und das ZF-Portfolio ergänzen. Geplant sind eine 400- und eine 800-Volt-Variante.

Wie der Zulieferer mitteilt, soll diese weiterentwickelte Variante eines fremderregten Synchronmotors (FSM) eine Alternative zu den sogenannten permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PSM) werden. Letztere sind aktuell die am häufigsten bei E-Fahrzeugen eingesetzten Motoren, nutzen allerdings Magnete.

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Kleinerer Bauraum und ohne Schleppverluste

Im Vergleich zu PSM treten keine Schleppverluste durch Permanentmagnete auf. Dies ermöglicht in bestimmten Betriebspunkten wie langen Autobahnfahrten mit hoher Drehzahl einen besseren Wirkungsgrad. Außerdem würden gegenüber den gängigen FSM-Systemen durch den induktiven Erreger die Verluste bei der Energieübertragung in den Rotor um 15 Prozent reduziert, heißt es in einer Mitteilung.

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

Aktiv gekühlter Rotor

Durch die bauraumneutrale Integration des Erregers in den Rotor entstehen keine axialen Bauraumnachteile. Zudem führt eine Leistungsdichtesteigerung im Rotor zu einer Verbesserung der Performance – insbesondere der Drehmomentdichte .

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Beim ZF-Konzept wird Energie induktiv in den Rotor übertragen und erzeugt dort mittels Spulen ein Magnetfeld. Damit benötigt „I²SM“ keine Bürstenelemente oder Schleifringe. Dieser Bereich müsse deshalb nicht durch Dichtungen trocken gehalten werden. Wie bei permanentmagnetisierten Synchronmaschinen wird der Rotor durch umfließendes Öl gekühlt.

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