Höherer Wirkungsgrad Amorphe Stähle im Antriebsstrang

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Mit einem neuartigen Elektromotor auf Basis amorpher Stähle rückt eine bislang wenig beachtete Stellschraube in den Fokus und könnte die Effizienz von elektrischen Antrieben spürbar steigern.

Während sich in den vergangenen Jahren vor allem Leistungselektronik und Halbleitertechnologien weiterentwickelt haben, rückt nun auch die Materialbasis elektrischer Maschinen stärker in den Fokus. Ein aktuelles Beispiel liefert Horse Powertrain mit einem neuartigen Elektromotor, der gezielt für den Einsatz in Hybridantrieben ausgelegt ist und auf amorphen Stahl im Stator setzt.

Materialinnovation als Effizienztreiber

Im Kern der Entwicklung steht die Verwendung eines amorphen Stahlwerkstoffs. Im Gegensatz zu konventionellen, kristallinen Elektroblechen weist dieser Werkstoff keine regelmäßige Gitterstruktur auf. Daraus resultieren besondere magnetische Eigenschaften wie eine hohe Permeabilität sowie deutlich reduzierte Ummagnetisierungsverluste.

Ein weiterer Vorteil zeigt sich in der möglichen Materialdicke. Während klassische Elektrobleche typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,35 mm liegen, kommen im neuen Motorkonzept Schichtdicken von lediglich 0,025 mm zum Einsatz. Diese drastische Reduktion minimiert Wirbelstromverluste, da diese quadratisch mit der Blechdicke skalieren.

Deutlich reduzierte Eisenverluste

Durch den Einsatz des amorphen Materials lassen sich die Eisenverluste im Stator signifikant senken. Laut Herstellerangaben werden diese Verluste im Vergleich zu konventionellen Designs um etwa 50 % reduziert. Gerade im Teillastbereich, der im realen Fahrbetrieb eine große Rolle spielt, wirkt sich dies besonders positiv auf den Gesamtwirkungsgrad aus. Der entwickelte Motor erreicht dadurch einen Spitzenwirkungsgrad von 98,2 % und zählt damit zu den effizientesten aktuell verfügbaren Maschinen im Automotive-Umfeld. Gleichzeitig liefert das Aggregat eine maximale Leistung von 140 kW bei einem Drehmoment von 360 Nm.

Systemische Auswirkungen im Fahrzeug

Auch wenn eine Wirkungsgradsteigerung im Bereich von wenigen Prozentpunkten zunächst gering erscheinen mag, hat sie auf Fahrzeugebene messbare Effekte. In Hybridantrieben führt die höhere Effizienz des Elektromotors zu einer Reduktion des Gesamtenergiebedarfs. Der Hersteller beziffert die Einsparung im realen Fahrzeugbetrieb auf rund ein Prozent beim Kraftstoff- beziehungsweise Energieverbrauch.

Vor dem Hintergrund zunehmend strenger Emissionsvorgaben ist selbst ein solcher Wert relevant, da er sich direkt auf Flottenverbräuche und CO₂-Bilanzen auswirkt. Gleichzeitig ermöglicht die höhere Effizienz eine bessere Nutzung elektrischer Fahranteile sowie eine optimierte Auslegung des Gesamtsystems.

Relevanz für Hybrid- und Range-Extender-Konzepte

Der Einsatzbereich des Motors liegt insbesondere in Hybridfahrzeugen, Plug-in-Hybriden sowie sogenannten Range-Extended Electric Vehicles (REEV). Gerade in diesen Architekturen kommt es auf eine möglichst verlustarme Energiewandlung an, da elektrische und verbrennungsmotorische Komponenten eng miteinander verzahnt sind. Die Reduktion von Verlusten im Elektromotor kann hier nicht nur den Energieverbrauch senken, sondern auch thermische Belastungen reduzieren. Dies eröffnet zusätzliche Freiheitsgrade bei der Integration in kompakte Antriebssysteme.

Die Entwicklung zeigt, dass neben Halbleitern und Systemarchitekturen auch klassische Komponenten wie elektrische Maschinen weiterhin erhebliches Optimierungspotenzial bieten. Gerade materialwissenschaftliche Ansätze könnten künftig eine größere Rolle spielen. (mr)

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