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.
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: Der Rotorstrom beeinträchtigt die Leistung und seine Zuführung sowie seine Regelung sind kompliziert. Bei BMW gelangt der Strom über Bürsten und Schleifkontakte in den Rotor – das klingt schon verschleißanfällig und war es in der Vergangenheit auch. BMW bezeichnet seine Maschine allerdings als verschleißfrei.
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 durch eine kontaktlose, induktive Übertragung bereitstellen, also ohne Bürsten und Schleifkontakte. BMW hat ein solches Konzept nach eigenen Angaben ebenfalls geprüft, sich aber dann dagegen entschieden, weil der Gen5-Motor mit Kontakten eine höhere Leistung ermöglicht und gut mit hohen Drehmomenten funktioniert.
Bis zu 96 Prozent Wirkungsgrad
Die kontaktlose, induktive Energieübertragung gibt’s nur mit Wechselstrom, während Batterien Gleichstrom liefern. Auch der Rotor benötigt Gleichstrom. 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. Die vorgestellte Maschine liefert aktuell wohl immerhin 140 kW. Nachdem Mahle nicht selbst Autos baut, braucht es dafür freilich Interesse seitens der Autohersteller. Dazu heißt es von Mahle: "Wir stoßen auf sehr großes Kundeninteresse" – man bitte aber um Verständnis, dass man diesbezüglich nicht konkret werden könne.