YASA entwickelt Axialflussmotoren ohne seltene Erden

Die heutigen Axialflussmotoren der Mercedes-Tochter YASA nutzen Permanentmagnete im Rotor. Für ihre Herstellung werden bisher seltene Erden benötigt. Wegen der problematischen Lieferkette will YASA nun Axialflussmotoren ohne seltene Erden oder zumindest ohne schwere seltene Erden entwickeln. Das teilte die britische Firma nun offiziell mit.

Durch den Verzicht auf problematische Seltenerdmetalle in den Axialflussmotoren soll die Technologie resilienter werden. Das heißt, die Abhängigkeit von "volatilen und geografisch konzentrierten Lieferketten" für Seltenerdmagnete soll verringert werden, wie YASA schreibt.

Gemeint ist wohl: Seltene Erden kommen zu einem großen Teil aus China, und die Volksrepublik handhabt den Export restriktiv. So könnte die chinesische Regierung bei politischen Spannungen den Hahn leicht zudrehen. Auch steigende Preise könnten die derzeitigen YASA-Motoren unrentabel machen. Deshalb hat die Firma nun Fördermittel der britischen Regierung beantragt, um Axialflussmotoren ohne die problematischen Metalle zu entwickeln. 

In Europa und den USA werden meist Permanentmagnete aus leichten Seltenerdmetallen (Light Rare Earth Elements, LREE) wie Praseodym und Neodym eingesetzt. In China dagegen werden den Magnetmaterialien oft schwere Seltenerdmetalle (Heavy Rare Earth Elements, HREE) wie Dysprosium oder Terbium zugesetzt. Damit werden die Magnete widerstandsfähiger gegen die hohen Temperaturen in leistungsstarken Elektromotoren: Sie behalten ihre Magnetisierung auch bei erhöhten Temperaturen. So kann man sich teilweise eine aufwendige Kühlung des Rotors sparen. HREE sind jedoch noch deutlich seltener als LREE.

"For high-performance battery-electric and hybrid vehicles, YASA will investigate heavy-rare-earth-free permanent-magnet motor designs intended to maintain high levels of power density without increasing motor mass or package size. In parallel, the company will also develop fully rare-earth-free axial flux technology for vehicle applications with different performance, cost and manufacturing requirements." (Yasa)

YASA will nun zwei Technologiepfade erkunden. Die so entwickelten, verschieden gearteten Motoren sollen den Autoherstellern mehr Auswahl bieten. Bei beiden Technologien soll die Leistungsdichte, die Effizienz und die kompakte Bauweise der Motoren erhalten bleiben. Die zwei Technologiepfade sind:

• Axialflussmotoren mit Permanentmagneten ohne schwere Seltene Erden für leistungsstarke Fahrzeuge
• Axialflussmotoren vollständig ohne seltene Erden für andere Anforderungen

Beim ersten Weg dürften LREE-Permanentmagnete verwendet werden, beim zweiten Pfad entweder Permanentmagnete ohne seltene Erden oder aber Motoren ohne Permanentmagnete. Im letztgenannten Fall kämen Asynchronmotoren (ASM) in Frage, bei denen das Magnetfeld im Rotor durch Induktion erzeugt wird, oder elektrisch erregte Synchronmaschinen (EESM), bei denen dieses Magnetfeld durch Elektromagnete erzeugt wird.  

Bei beiden Entwicklungsrichtungen soll der für YASA typische Stator erhalten bleiben; der Unterschied besteht in der Rotortechnologie. Diese Technologie gab der Firma ihren Namen: YASA steht für "Yokeless And Segmented Armature". Damit ist der Verzicht auf ein Joch und die Verwendung von segmentierten Ankern gemeint.

Das Joch ist ein ringförmiger Eisenkern im Stator, der alle einzelnen Magnetzähne miteinander verbindet. Seine Aufgabe ist es, den magnetischen Fluss im Kreis von einem Zahn zum nächsten zurückzuführen. Es gibt Axialflussmotoren mit und ohne Joch, doch bei der YASA-Technik wandert der Magnetfluss von der linken Rotorscheibe durch den mittigen Stator hindurch zur rechten Rotorscheibe. Der magnetische Kreis wird außerhalb des Stators in den Rotorscheiben geschlossen. 

Daher ist das Joch hier überflüssig. Der Verzicht auf das Eisenteil sorgt für eine erhebliche Gewichtseinsparung. Die Anker sind in unserem Titelbild erkennbar: Es sind die annähernd keilförmigen Metallkerne, die von Kupferwindungen umgeben sind.

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Unter dem Strich

Im neuen Mercedes-AMG GT 4-Türer Coupé werden erstmals die Axialflussmotoren von YASA verwendet, die in Berlin-Marienfelde gebaut werden. Die beiden Motoren an der Hinterachse wiegen laut Golem je 25 Kilo, leisten aber jeweils 300 kW. Das zeigt schon die enorme Leistungsdichte dieser Scheibenläufer. Aber bisher benötigen die YASA-Motoren stets seltene Erden. Künftig soll es auch "resilientere" Versionen geben. Eine Sorte soll zumindest auf die besonders problematischen schweren seltenen Erden verzichten, die andere auf seltene Erden generell.