Temperatursensor für PSMs von Continental spart Seltene Erden

Curie-Temperatur: Wenn Sie wissen, was das ist, sind Sie wahrscheinlich "vom Fach". Das ist die Temperatur, oberhalb derer ein Permanentmagnet seine magnetischen Eigenschaften verliert. Wegen dieser Grenztemperatur dürfen die Dauermagnete in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM) nicht zu heiß werden. Continental hat einen Sensor entwickelt, der die Temperatur erstmals direkt im Rotor eines PSMs misst.

Auf das System aufmerksam wurden wir durch einen Artikel in Autocar. Continental berichtete bereits im Juni darüber, aber es ist interessant. Denn der E-Motor-Rotor-Temperatursensor (eRTS) soll Seltene Erden einsparen helfen, also Elemente wie Neodym oder Praseodym, die man für die Produktion von starken Dauermagneten braucht. Warum? Nun, wenn man die Temperatur im Inneren eines Elektromotors genau messen kann, können diese Magnete kleiner ausfallen – man muss nicht mehr davon einbauen als wirklich nötig.

Normalerweise haben PSMs nur einen Temperatursensor am Stator. Denn der Stator liegt außen und bewegt sich nicht, was die Sache vereinfacht. Die Temperatur im Inneren des Rotors kann dann aber nur abgeschätzt werden, was natürlich wenig genau ist – der Fehler kann locker 15 Grad Celsius betragen. Deshalb wird mehr magnetisches Material eingebaut als eigentlich nötig. Eine Messung im Rotor erhöht die Genauigkeit deutlich, senkt den Fehler auf nur noch drei Grad. Damit wird weniger Neodym & Co gebraucht; zudem erhöht sich die Motorleistung, weil man die Leistung nicht früher als nötig herunterregeln muss.

"Mit einem geringeren Ressourcenverbrauch und niedrigeren Kosten ist die eRTS-Sensortechnologie gegenüber den derzeitigen Lösungen im Vorteil", sagt Bin Huo, Leiter Passive Safety and Sensorics (PSS) im Unternehmensbereich Automotive von Continental, der neuerdings Aumovio heißt.

Das Temperatursensor-System besteht aus dem kleinen Sensor selbst ("Mote" genannt, links oben) und einer kabelgebundenen Sende-Empfangseinheit, dem "Transducer" 

Bild von: Continental

Der eRTS besteht aus zwei Komponenten: Der kleine Temperatursensor befindet sich in der Nähe der Magneten im Elektromotor. Er misst die Temperatur im Rotor, die bis auf 150 Grad ansteigen kann. Der Messwert wird dann drahtlos über Ultraschall an eine Einheit gesendet, die außerhalb des Elektromotors liegt und die ihn über ein Kabel an die Invertersteuerung weiterreicht.

Übrigens: Die kleine Sensoreinheit kommuniziert nicht nur über Ultraschall, sie wird auch über Ultraschall mit Energie versorgt. Wie das geht? Nun, Piezo-Komponenten können nicht nur elektrische Signale in Ultraschall umwandeln, sondern auch umgekehrt Ultraschall in elektrische Spannung.

Die beiden eRTS-Komponenten an ihrem jeweiligen Einbau-Ort

Bild von: Continental

Continental bzw. Aumovio arbeitet schon seit einiger Zeit an Sensorlösungen, welche die Effizienz und Nachhaltigkeit von Elektroautos steigern sollen. Die eRTS-Technologie ist ein Beispiel, denn sie senkt den Einsatz von Seltenen Erden, die meist aus China kommen und damit ein sensibles Glied in der Lieferkette darstellen.

Eine weitere Technologie aus der Reihe ist der E-Motor-Rotor-Positionssensor. Solche Sensoren, die auch als Resolver bezeichnet werden, messen die aktuelle Winkelposition des Rotors feststellt. Die ist wichtig, weil das Feld des Stators so geregelt werden muss, dass es sich synchron mit dem Feld des Stators bewegt – schließlich geht es hier um einen Synchronmotor. Die Firma bietet aber auch diverse andere Sensoren an, etwa zur Reifendrucküberwachung, Fahrwerkspositionsbestimmung, Raddrehzahlerfassung und fürs Crash-Sensing.

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Unter dem Strich

Zugegeben, Curie-Temperatur und Sensortechnik für Elektromotoren sind schon ein wenig speziell. Was für Elektro-Nerds. Man kann sich auch auf den Standpunkt stellen: Mir ist das egal, Hauptsache mein Elektroauto beschleunigt gut und lässt sich schnell laden. Dann wären alle Voraussetzungen dafür irrelevant, darunter Antriebsleistung, Drehmoment, Spannungslage und Kühlung der Batterie und vieles andere. Man muss sich auch nicht für den Ursprung des Universums interessieren, den Grund für Alzheimer oder die Form der Erde (es ist eine Kugel). Klar, kann man machen, aber wie langweilig wäre das Leben dann – zumindest für uns Nerds ...