Nachhaltige Entwicklung von E-Maschinen

Das Einsparen von Rohstoffen spielt auch bei der Entwicklung elektrischer Maschinen eine immer größere Rolle. Ein Beispiel stellen Seltene Erden dar, die z.B. in Magneten für Synchronmaschinen verbaut werden. Diese sind jedoch nicht nur teuer, sondern auch knapp verfügbar, weshalb sie meist aus China importiert werden. E-Maschinenhersteller sind daher auf der Suche nach Alternativen. Am Fraunhofer IFAM wird an Materialien geforscht, die nicht nur kostengünstiger sind, sondern auch eine geringere Abhängigkeit von Seltenen Erden ermöglichen. Dies ist angesichts der extremen Preisschwankungen und der Dominanz Chinas bei der Förderung von Seltenen Erden von großem Interesse für die Industrie.

Ressourcenschonende Herstellung von permanentmagneterregten Maschinen

Die Seltenen Erden Neodym und Dysprosium kommen sehr häufig in elektrischen Antrieben zum Einsatz. Dank ihnen erreichen permanentmagneterregte Elektromotoren sehr hohe Leistungs- und Drehmomentdichten. Allerdings sind diese beiden Elemente auch die großen Kostentreiber in Hochleistungspermanentmagneten. In Zusammenarbeit mit anderen Fraunhofer-Instituten wurde daher ein Projekt durchgeführt, das sich auf die Erforschung alternativer Magnetwerkstoffe für einen Referenzmotor mit Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)-Magneten konzentrierte, Ziel war es, den Anteil seltener Erden zu reduzieren, ohne die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine zu beeinträchtigen.

Im Rahmen des Projekts »Kritikalität Seltene Erden« wurden Magnete mit erheblich reduziertem Dysprosium-Anteil entwickelt und in einem 600 W Ölpumpenmotor vom Modell VW-DSG DQ400 getestet, der millionenfach in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Dabei konnte eine Ersparnis von bis zu 43 Prozent an Dysprosium nachgewiesen werden.

Darüber hinaus wurde der Referenzmotor durch mehrere Optimierungsschritte verbessert, um eine höhere Drehmomentdichte zu erreichen. Mit einem gleichbleibenden Magnetvolumen konnte eine Steigerung von mehr als 14 Prozent erzielt werden. Das bedeutet, dass der Motor für das gleiche Drehmoment deutlich kompakter und leichter gebaut werden kann, was wiederum zu Einsparungen bei Material und Herstellungskosten führt.

Wir sind Ihr Partner für die Entwicklung (kosten-)optimierter elektrischer Maschinen

Die Expertinnen und Experten für elektrische Antriebe am Fraunhofer IFAM entwickeln Prozesse für die kosten- und ressourcenschonende Herstellung elektrischer Maschinen. Dazu gehören zukunftsorientierte Methoden wie »Multi-disciplinary design optimization« (MDO), um über mehrere Domänen schnell und zielorientiert z.B. ein Motorendesign zu entwickeln. Die elektrischen Maschinen kommen in den unterschiedlichsten Branchen wie der Automobilindustrie oder der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz. Die Anwendungsgebiete reichen dabei von Motoren für Nebenaggregate über Traktionsantriebe bis zu Servo- und Industriemotoren. Sprechen Sie uns gerne an, damit wir gemeinsam die optimale Lösung für Ihre Bedarfe entwickeln.