Performance ohne Kompromisse: Wie SEG Automotive den Einsatz Seltener Erden reduziert

Permanentmagneterregte Synchronmaschinen zählen zu den effizientesten Antriebslösungen für die Elektromobilität. Ihre Leistungsfähigkeit basiert jedoch häufig auf dem Einsatz schwerer Seltenerdmetalle (Heavy Rare Earths, HRE) wie Dysprosium (Dy) oder Terbium (Tb). Diese Elemente sorgen dafür, dass Permanentmagnete auch bei hohen Temperaturen ihre magnetischen Eigenschaften behalten. Gleichzeitig sind sie teuer, ihre Förderung ökologisch kritisch, und die Lieferketten volatil.

„Leichte Seltene Erden wie Neodym (Nd) sind deutlich besser verfügbar und die Versorgung ist langfristig stabiler. Deshalb verfolgen wir das Ziel, Motoren zu entwickeln, die auf schwere Seltene Erden verzichten – ohne dabei Kompromisse bei der Performance einzugehen“, erklärt Knorr.

SEG Automotive setzt dabei auf eine Kombination aus innovativem mechanischem Design und fortgeschrittenen Simulationsmethoden:

1. Thermomanagement
Effiziente Öl-Kühlsysteme für Rotor und Stator, einschließlich ölgeführter Hohlwellen, sorgen dafür, dass die Magnete unter kritischen Temperaturgrenzen bleiben (z. B. unter 120 °C). Dadurch können Magnetqualitäten eingesetzt werden, die keine Zusatzstoffe aus schweren Seltenen Erden benötigen.

2. Robustheit in Fehlerszenarien
Die gezielte Reduzierung entmagnetisierender Ströme in Fehlerfällen minimiert das Risiko einer dauerhaften Schädigung der Magnete – auch ohne schwere Seltene Erden.

3. Optimierung des magnetischen Flusses
Eine reduzierte magnetische Flussdichte in Kombination mit einer größeren Maschinenlänge – sofern der verfügbare Bauraum dies zulässt – ermöglicht es, das erforderliche Drehmoment auch mit besser verfügbaren Materialien zu erreichen.

Unterstützt wird dieser Entwicklungsansatz durch präzise Simulationsprozesse auf dem unternehmenseigenen High-Performance-Computing-Cluster von SEG Automotive.

Umfangreiche Tests an Prototypen liefern zusätzliche Erkenntnisse und ermöglichen eine kontinuierliche Verfeinerung der Modelle.

Innovation durch Simulation

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal von SEG Automotive ist der Einsatz der Multi-Objective Optimization (MOO). Mit dieser simulationsgestützten Methode lassen sich Zielgrößen wie Drehmoment, Wirkungsgrad, thermische Belastung und Kosten gleichzeitig berücksichtigen und gegeneinander optimieren.

Durch die systematische Variation von Designparametern entstehen E-Maschinen, die exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind und dabei den Einsatz Seltener Erden auf ein Minimum reduzieren.

Darüber hinaus hat SEG Automotive eigene Simulationsmodelle entwickelt, die durch Pulsweitenmodulation (PWM) verursachte Magnetverluste berücksichtigen. Diese spielen eine entscheidende Rolle für eine realistische thermische Auslegung und die Auswahl geeigneter Magnetmaterialien.