Ingenieure der University of New South Wales (UNSW) sagen, dass sie einen Hochgeschwindigkeitsmotor gebaut haben, der die Reichweite von Elektrofahrzeugen (EVs) erweitern könnte, indem er ein besseres Leistungsgewicht als bestehende Technologie liefert.

Ein Team unter der Leitung von außerordentlichem Professor Rukmi Dutta und Dr. Guoyu Chu von der UNSW School of Electrical Engineering and Telecommunications sagte, die neue Technologie verbessere bestehende interne Permanentmagnet-Synchronmotoren (IPMSMs), die überwiegend in Traktionsantrieben für Elektrofahrzeuge verwendet werden.

Die vom Motor erreichte maximale Leistung und Geschwindigkeit hat den bestehenden Hochgeschwindigkeitsrekord von laminierten IPMSMs mit Kerbgeschwindigkeiten von 100.000 Umdrehungen pro Minute verdoppelt, was ihn zum schnellsten IPMSM der Welt macht, der bisher mit kommerzialisierten Laminierungsmaterialien gebaut wurde.

Die Ingenieure sagten noch wichtiger, dass der Motor in der Lage ist, eine sehr hohe Leistungsdichte zu erzeugen, was für Elektrofahrzeuge von Vorteil ist, da sie das Gesamtgewicht reduzieren und somit die Reichweite für jede gegebene Ladung erhöhen.

„Einer der Trends bei Elektrofahrzeugen sind Motoren, die sich mit höheren Drehzahlen drehen“, sagte Chu. „Jeder Hersteller von Elektrofahrzeugen versucht, Hochgeschwindigkeitsmotoren zu entwickeln, und der Grund dafür ist, dass die Natur des physikalischen Gesetzes es Ihnen dann ermöglicht, die Größe dieser Maschine zu verkleinern. Und mit einer kleineren Maschine wiegt sie weniger und verbraucht weniger Energie, was dem Fahrzeug eine größere Reichweite verleiht.“

Die Ingenieure sagten, dass das Design des neuen Motors, das von der Gyopo-Eisenbahnbrücke in Südkorea inspiriert ist, auch einen Fehler überwindet, der bei herkömmlichen IPMSMs üblich ist. Ein Motor vom IPMSM-Typ hat Magnete, die in seine Rotoren eingebettet sind, um ein starkes Drehmoment für einen erweiterten Drehzahlbereich zu erzeugen. Bestehende IPMSM leiden jedoch aufgrund dünner Eisenbrücken in ihren Rotoren unter geringer mechanischer Festigkeit, was ihre maximale Drehzahl begrenzt.

Das Team der UNSW Sydney verwendete eine doppelt gebundene Bogenstruktur, um eine neue Rotortopologie zu entwerfen und eine stärkere Version der bestehenden Technologie zu schaffen, die ein besseres Verhältnis von Leistung zu Gewicht liefert.

„Mit diesem Forschungsprojekt haben wir versucht, die absolute Höchstgeschwindigkeit zu erreichen, und wir haben über 100.000 Umdrehungen pro Minute aufgezeichnet, und die Spitzenleistungsdichte liegt bei etwa 7 kW pro Kilogramm“, sagte Chu.

„Bei einem Elektrofahrzeugmotor würden wir die Drehzahl eigentlich etwas reduzieren, aber das erhöht auch seine Leistung. Wir können skalieren und optimieren, um Leistung und Drehzahl in einem bestimmten Bereich bereitzustellen – zum Beispiel einen 200-kW-Motor mit einer maximalen Drehzahl von etwa 18.000 U/min, der perfekt für EV-Anwendungen geeignet ist.“

Das UNSW-Team sagte, der neue Motor biete auch einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber bestehender Technologie und verbrauche weniger Seltenerdmaterialien pro Einheit.

„Die meisten Hochgeschwindigkeitsmotoren verwenden eine Hülse, um die Rotoren zu verstärken, und diese Hülse besteht normalerweise aus teurem Material wie Titan oder Kohlefaser“, sagte Chu. „Unsere Rotoren haben eine sehr gute mechanische Robustheit, daher brauchen wir diese Hülse nicht, was die Herstellungskosten senkt. Und wir verwenden nur etwa 30 % Seltenerdmaterialien, was eine große Reduzierung der Materialkosten beinhaltet.“

Während der Motor noch ein Prototyp ist, sagte Chu, dass er leicht an die Anforderungen eines einzelnen EV-Herstellers angepasst werden könnte

„Wenn ein Hersteller von Elektrofahrzeugen wie Tesla diesen Motor verwenden wollte, würde es meiner Meinung nach nur etwa sechs bis zwölf Monate dauern, ihn auf der Grundlage seiner Spezifikationen zu modifizieren“, sagte er.