Elektromotoren ohne Seltene Erden
(renaultgroup.com)- Fremderregte Synchronmotoren (EESM) wandeln die elektrische Energie der Batterie in mechanische Energie zum Antrieb der Fahrzeugräder um, indem sie den Rotor mit dem vom Statorstrom erzeugten Magnetfeld bewegen, und kommen ohne Magnete und Seltene Erden aus
- Obwohl 90 % der Elektrofahrzeuge auf dem Automobilmarkt Motoren mit Magneten verwenden, verkauft die Renault Group seit 2012 EESM-Elektromotoren in großem Maßstab
- Die EESM-Motoren der Renault Group kamen zunächst im Kangoo Z.E und im Zoe zum Einsatz und werden heute unter anderem im Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech Electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric und Renault 4 E-Tech electric verwendet
- Der für 2027 geplante E7A zielt auf 200 kW Leistung, 400 Nm Drehmoment, 30 % kleinere Abmessungen gegenüber der Vorgängergeneration, 30 % geringere CO2-Auswirkungen und einen Wirkungsgrad von rund 92 %
- Da die Produktion von Seltenen Erden und Magneten in sehr hohem Maße von China abhängt, ist die Entscheidung für einen gewickelten Rotor eine strategische Wahl, um Abhängigkeiten von Rohstoffen und Magnetproduktionsländern zu vermeiden
Hintergrund zu Elektromotoren ohne Seltene Erden
- Die Renault Group hat sich historisch als führendes Unternehmen bei Elektromotoren ohne Magnete, also ohne Seltene Erden, positioniert
- In einem Markt, in dem 90 % der Elektrofahrzeuge Motoren mit Magneten verwenden, differenziert sich die Renault Group mit Motoren ohne Seltene Erden {p:90}
Die wichtigsten Typen von Elektromotoren
- Elektromotoren für Elektroautos wandeln die elektrische Energie der Batterie ohne Kolben oder Zylinder in mechanische Energie um
- Im Stator erzeugt Strom ein Magnetfeld, das den Rotor bewegt und so die Fahrzeugräder antreibt
- Elektromotoren lassen sich in drei Hauptfamilien mit deutlichen technischen Unterschieden einteilen
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Permanentmagnet-Synchronmotoren
- Permanentmagnet-Synchronmotoren werden aus Seltenen Erden hergestellt und sind derzeit die dominierende Technologie im Automobilmarkt
- Diese Technologie verbindet hohen Wirkungsgrad mit optimiertem Platzbedarf
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Asynchronmotoren
- Asynchronmotoren (ASM) werden auch als Induktionsmotoren (IM) bezeichnet
- Diese Technologie ist weniger effizient und wird heute in der Regel als Zusatzmotor an der Vorderachse eingesetzt
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Fremderregte Synchronmotoren
- Fremderregte Synchronmotoren (EESM) sind etwas größer, bieten aber ohne Magnete einen hohen Wirkungsgrad
- Diese Elektromotoren verwenden keine Seltenen Erden
- Die Renault Group begann 2012 mit der Großserienvermarktung von EESM-Elektromotoren, und diese Expertise führte zu einer wettbewerbsfähigen Produktfamilie von Elektromotoren
Die rein elektrische Motorenfamilie der Renault Group
- Die Renault Group ist seit 2011 ein führender Akteur im Bereich Elektrofahrzeuge und entschied sich für die Großserienvermarktung der EESM-Technologie
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Motoren der ersten Generation
- Die erste Motorengeneration wurde 2011 im Renault Kangoo Z.E und 2012 im Renault Zoe eingesetzt
- Dieser Motor trug die Komponentenreferenz 5A und leistete zwischen 57 und 100 kW
- 2020 erhielt der Twingo Electric das letzte Upgrade dieses Antriebsstrangs mit der Referenz 5AL und 60 kW Leistung
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EESM-Motoren der zweiten Generation
- Die EESM-Motoren der zweiten Generation der Renault Group gingen 2021 unter der Referenz 6A in Produktion
- Der Renault Megane E-Tech electric war Anfang 2022 das erste Modell mit dem neuen Motor; der Motor mit der Referenz 6AM ist kompakter, leichter und leistungsstärker und erreicht bis zu 160 kW
- Danach folgten der Renault Scenic E-Tech Electric und der Alpine A290 als erstes vollelektrisches Modell von Alpine
- Der im Oktober 2024 eingeführte Renault 5 E-Tech electric ist mit dem Elektromotor 6AK mit 110 kW ausgestattet
- Auch der ab März 2025 bestellbare Renault 4 E-Tech electric ist mit dem Elektromotor 6AK mit 110 kW ausgestattet
- Der Alpine A390 erhielt einen neuen Antriebsstrang, der im September 2025 vorgestellt wurde, mit demselben 6AM-Elektromotor wie im Alpine A290 an der Vorderachse und einer neuen Twin-Motor-Konfiguration an der Hinterachse
- Alle drei Elektromotoren des Alpine A390 werden in Cléon gefertigt; die geschätzte Gesamtleistung liegt bei rund 345 kW beziehungsweise etwa 470 PS
Die nächste Generation rein elektrischer EESM-Motoren im Jahr 2027
- Ingenieure der Renault Group begannen 2021 mit der Entwicklung eines Elektromotors der dritten EESM-Generation namens E7A
- Die Entwicklungsphase läuft noch, die Spezifikationen stehen jedoch bereits fest
- Der E7A zielt auf 200 kW beziehungsweise rund 270 PS Leistung und 400 Nm Drehmoment
- Dank einer All-in-One-Architektur ist der E7A 30 % kleiner als die Motoren der vorherigen Generation
- Der E7A soll die CO2-Auswirkungen um 30 % senken und einen Wirkungsgrad von rund 92 % erreichen
- Dieser Elektromotor erhöht die Systemspannung von der in der aktuellen Renault-Palette üblichen 400-V-Architektur auf 800 V, um die Ladezeiten zu verkürzen
Warum Motoren ohne Seltene Erden zu einer noch strategischeren Frage geworden sind
- Die Renault Group setzt auf einen gewickelten Rotor statt auf Permanentmagnete, um Abhängigkeiten von Ländern zu vermeiden, die Seltene Erden und Magnete produzieren
- Ob Seltene Erden in einem Elektromotor enthalten sind oder nicht, ist kein Detail, sondern ein strategisches Thema
- China produziert 85 % der weltweit verwendeten raffinierten leichten Seltenen Erden und 100 % der schweren Seltenen Erden
- China verkauft diese Rohstoffe heute nur noch in begrenztem Umfang und bevorzugt den heimischen Markt sowie höherwertige Produkte wie Permanentmagnete
- Dadurch hat China eine nahezu vollständige Monopolstellung erreicht; mehr als 90 % der weltweiten Produktion stammen aus China
- Gleichzeitig ist China auch der weltweit größte Produzent von Elektrofahrzeugen
Cléon, das Elektromotorenwerk der Renault Group
- Das Werk Cléon produziert seit 2015 Antriebsstränge für die Renault Group
- Hier begann die Produktion von Elektromotoren für Renault Zoe, Twingo ZE, Kangoo ZE und Master ZE
- Auch die Motoren für Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric und Renault 4 E-Tech electric werden dort gefertigt
- Ab 2027 wird das Werk Cléon Elektromotoren der nächsten Generation mit 200 kW produzieren
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Ein Titel, der so klingt, als hätte man die komplexe Technik magnetloser Elektromotoren historisch bahnbrechend neu entwickelt, ist ziemlich amüsant, wenn man die Geschichte der Elektromaschinen kennt
Motoren ohne Permanentmagnete waren die ersten praxistauglichen Motoren, und Motoren mit gewickeltem Rotor gibt es ebenfalls schon seit über 100 Jahren
Die größten Motoren werden seit jeher oft so konstruiert, weil die dafür nötigen Magnete zu teuer und riskant würden und im Verhältnis zur Größe nicht genug Leistung liefern
Erregerspulen können ein Magnetfeld erzeugen, solange Strom und die durch den Wicklungswiderstand entstehende Wärme es zulassen, während Seltenerdmagnete eine feste Obergrenze bei der Feldstärke haben
Es gab keine Magnete, aber als wir ihn an eine Batterie anschlossen, drehte er sich gut
Wie es sich für einen wissenschaftsbegeisterten Jungen gehörte, dachte ich, mit Wechselstrom würde er noch besser laufen, also habe ich ein Stromkabel daran befestigt und eingesteckt; dann vibrierte er heftig und fing Feuer, und meine Mutter war nicht begeistert
Große Generatoren haben alle Erregerwicklungen, um das Magnetfeld zu erzeugen, und der Vorteil ist, dass man die Erregung viel effizienter als im Nachhinein nachregeln kann, um die Spannung zu steuern
Sowohl Motoren als auch Generatoren müssen Leistung zuführen, um das Magnetfeld zu erzeugen, daher gibt es Effizienzverluste, aber je größer das System wird, desto effizienter ist in der Praxis oft der Einsatz von Elektromagneten
Wenn man auch noch den Mangel an Seltenerdmineralien berücksichtigt, ergibt das umso mehr Sinn
Es gibt auch Grenzen durch die mechanische Festigkeit von Wicklungen und Kern, und bei supraleitenden Magneten in CERN- oder Fusionsanlagen ist genau das die Obergrenze
Dass man einen Motor baut, der sowohl im Stator als auch im Rotor induzierte Magnetfelder nutzt, ist hier an sich ganz sicher nicht die Innovation
Ein erheblicher Teil der Industriemotoren verwendet keine Permanentmagnete
Die Innovation dürfte eher darin liegen, ihn klein und effizient zu machen und trotzdem ein nennenswertes Drehmoment zu liefern, denn Behauptungen über 93 % Wirkungsgrad bei Elektromotoren beruhen oft darauf, dass eine riesige 2-kW-Maschine mit 400 W betrieben wurde
Falls jemand weiß, was Renault hier konkret macht, würde mich das interessieren
BMW arbeitet ebenfalls an seltenerdfreien Motoren für Elektroautos und ist nach heutigem Stand deutlich weiter
Die Leistung ist fast doppelt so hoch (maximal 300 kW gegenüber 160 kW), und es kommt eine 800-V-Architektur zum Einsatz
Ich bin mir nicht sicher, ob man sagen kann, dass beide Unternehmen im gleichen Marktsegment unterwegs sind
Dieses Design setzt stark auf Seltene Erden und ist auf Permanentmagnete der absoluten Spitzenklasse angewiesen
Allerdings dürfte das geplante Produktionsvolumen bei Mercedes niedriger sein als bei BMW oder Renault
Die Formulierung „Man ersetzt Magnete durch steuerbare Magnete“ ist wahrscheinlich der automobiltechnischste Satz überhaupt
Interessant ist, dass das hier eine Bürstenbauweise ist
In der RC-Auto-Community gelten bürstenlose Motoren normalerweise als überlegen, aber dort hat man natürlich das Problem mit Seltenerdmagneten
Technisch können Bürsten verschleißen, aber man sieht auch Behauptungen, dass sie 150.000 bis 250.000 Meilen halten
Dieses Motordesign ist einer Kfz-Lichtmaschine sehr ähnlich und wirkt eher wie eine auf etwa das 100-Fache hochskalierte Version in Bezug auf die Leistung
Die Bürsten dienen nicht dazu, den Rotor mit Strom zu versorgen; der Rotor ist letztlich ein Magnet und ihre Aufgabe ist es, dem Stator zu sagen, wann die Polarität gewechselt werden soll
Bürstenlose Gleichstrommotoren ändern die Statorpolarität über Elektronik, die die Rotorposition ohne Reibungsteile erfasst, daher gibt es keine Lichtbögen
Außerdem kann man die Stromimpulse im Stator fein abstimmen, um den Wirkungsgrad über einen breiten Drehzahlbereich zu erhöhen; bürstenbehaftete Gleichstrommotoren können das nicht
Wichtiger als die Tatsache, dass es keine rotierenden Kontakte gibt, ist, dass es keine Lichtbögen gibt
Bürstenbehaftete Wechselstrommotoren haben zwar rotierende Kontakte in Form von Schleifringen, aber idealerweise keine Lichtbögen, sodass sich die Kontakte nicht so schnell verschlechtern wie bei bürstenbehafteten Gleichstrommotoren
Allerdings muss der Rotor erregt werden, daher fließen hohe Ströme
Bürstenbehaftete Wechselstrommotoren sind nicht ideal, aber der Gewinn dadurch, einen Wechselstrommotor „bürstenlos“ zu machen, ist nicht so groß wie bei einem Gleichstrommotor
Letztlich brauchen alle Motoren ständig veränderliche Ströme, und der Unterschied zwischen AC- und DC-Motoren besteht darin, ob man von außen bereits sinusförmigen Wechselstrom einspeist oder ob der Motor selbst externen Gleichstrom in irgendeine Form von Wechselstrom umwandelt
Interessant ist auch, dass eine Fachmarke bzw. ein professionelles Unternehmen Formulierungen wie „At the same time, China is also the world's leading producer of electric cars...“ mit Auslassungspunkten verwendet
Ich frage mich, wann ein Motor ohne Seltene Erden mit der CATL-Natriumbatterie kombiniert wird.
Es sieht so aus, als stünden bald ein Preiskrieg und ein Krieg um die Reichweite bevor.
Davor wird man Fahrzeuge mit Natriumbatterien wahrscheinlich kaum zu sehen bekommen.
Da sie pro Wh schwerer ist, müsste sie deutlich günstiger als LFP sein, und ich dachte auch, ihre Lebensdauer sei kürzer.
Zur Korrektur: CATL scheint allerdings 15.000 Zyklen zu versprechen, also deutlich mehr als die bei LFP üblichen 7.000 bis 10.000 Zyklen.
Falls die Preise für Natriumbatterien stark einbrechen, ist es viel wahrscheinlicher, dass sie vor Fahrzeugen zuerst im Stromnetz und in Heimbatterie-Lösungen eingesetzt werden.
Fremderregte Synchronmaschinen (EESM) werden hauptsächlich von europäischen OEMs wie ZF, MAHLE, Schaffler und AEM sowie von deren indischen Joint-Venture-Partnern Sona Comstar und Sterling und den indischen Niederlassungen dieser OEMs hergestellt.
In den letzten Jahren war ihnen der Zugang zu chinesischer Batterietechnologie durch Exportkontrollen versperrt, und ein wichtiger Grund für den EESM-Vorstoß war auch, außerhalb Chinas Lieferketten aufzubauen, insbesondere nachdem China begonnen hatte, die Ausfuhr von Seltenen Erden in die EU zu kontrollieren [6].
Außerdem verwenden chinesische und US-amerikanische Elektrofahrzeuge im Gegensatz zu europäischen und in jüngerer Zeit indischen Elektrofahrzeugen überwiegend permanenterregte Synchronmotoren (PMSM).
Die EU setzt im Rahmen des EU Industrial Accelerator Act Länder ohne Freihandelsabkommen bei Autoexporten und OEMs stark unter Druck, worauf China heftig reagiert hat [2][3][4][5].
Japan und Korea sind dagegen Freihandelspartner der EU, daher scheint es wahrscheinlicher, dass Festkörperbatterien von Idemitsu Kosan [0][1], die sich in der Massenproduktion befinden, oder Festkörperbatterien von LG [7] eingesetzt werden.
[0] - https://www.chiyodacorp.com/en/projects/solidelectrolytefaci...
[1] - https://battery-tech.net/battery-markets-news/idemitsu-kosan...
[2] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1361926.shtml
[3] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362200.shtml
[4] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362161.shtml
[5] - https://www.ft.com/content/5903318c-319b-426e-b05d-062f7620f...
[6] - https://www.reuters.com/world/china/eu-lawmakers-rebuke-chin...
[7] - https://blog.lgchem.com/en/2026/03/25_solid_state_battery/
Elektrisch erregte Synchronmaschine (EESM) oder fremderregte Synchronmaschine hat im Vergleich zur in nordamerikanischen Elektroautos dominierenden innenliegenden Permanentmagnet-Synchronmaschine (IPMSM) Vor- und Nachteile
Ein Vorteil ist die Unabhängigkeit von Preis- und Lieferkettenvolatilität bei Seltenerd-Permanentmagneten, und in fahrzykluslastigen Autobahnprofilen kann die Zykluseffizienz höher sein als bei aktuellen IPMSM
EESM haben sehr gute Feldschwächungseigenschaften und sind bei mittlerem Drehmoment und hohen Drehzahlen oft am effizientesten, daher scheinen sie gut zu Klasse-8-Lkw oder als Zusatzmotor in Fahrzeugen mit zwei Antriebsachsen zu passen
Das Ausgangsdrehmoment muss mit steigender Rotortemperatur nicht zwingend sinken, und mit geeigneter Regelung kann man theoretisch mit Leistungsfaktor 1 fahren, wodurch sich die kVA-Nennleistung des Statorinverters senken lässt; zudem gibt es Sicherheitsvorteile, weil sich der Rotor bei einem Ausfall des Statorinverters entmagnetisieren lässt
Ein Nachteil ist, dass Gleichstrom zu den rotierenden Erregerwicklungen übertragen werden muss, wofür Bürsten und Schleifringe oder ein Hochfrequenztransformator mit rotierendem Gleichrichter nötig sind; in beiden Fällen geht ein Teil der Kosteneinsparung durch den Verzicht auf Permanentmagnete wegen zusätzlicher Leistungselektronik und Bauteile wieder verloren
Wenn man Bürsten und Schleifringe zusammen mit Rotor-Ölsprühkühlung verwendet, ist ein separater abgedichteter Bereich nötig, und es ist etwas überraschend, dass Renault statt eines induktiven Hochfrequenztransformators an Bürsten und Schleifringen festgehalten hat
Diese Wahl dürfte die Leistungsdichte begrenzt haben
Bei Maschinen mit sehr hoher Drehmomentdichte ist die Kühlung der Rotor-Erregerwicklung schwierig, und Ölsprühkühlung scheint dafür am besten geeignet
Bei den für Autos typischen Package-Abmessungen ist es schwer, so hohe Spitzendrehzahlen wie mit IPMSM zu erreichen, und wichtig ist die Auslegung einer Haltestruktur für die Rotorwicklung, damit die Erregerwicklung bei hohen Drehzahlen nicht in den Luftspalt gedrückt wird
EESM haben wegen der Wicklungsenden der Erregerwicklung und des Erregersystems inaktive axiale Bereiche, die meist länger sind als bei IPMSM, und der Wirkungsgrad hängt stark vom realisierbaren Slot-Fill-Faktor der Erregerwicklung ab
Auch eine hochperformante Strom- und Drehmomentregelung ist deutlich schwieriger
Hochleistungs-EESM werden seit Jahrzehnten in Luft- und Raumfahrt-Generatoranwendungen eingesetzt, allerdings mit anderen Rotor-Erregersystemen als im Automobilbereich
Renault und der Zulieferer Continental haben die Kommerzialisierung der automobilen EESM-Großserienfertigung faktisch vorangetrieben, inzwischen ist auch BMW nachgezogen, und mehrere Zulieferer wie Mahle und ZF haben EESM-Designs im Angebot
GM veröffentlichte 2014 ebenfalls ein hervorragendes EESM-Design mit Hochfrequenztransformator-Erregung
Ich habe mit Kollegen im Rahmen eines Projekts des US-Energieministeriums mehrere EESM-Generationen gebaut (https://www.osti.gov/servlets/purl/1837809) und denke, dass es für bestimmte Anwendungen einen Platz als Elektroauto-Antriebsmotor gibt
Soweit ich weiß, nutzt im Tesla-Dual-Motor-Setup der vordere Motor eine magnetlose Bauart
Das Erregerfeld wird nur dann eingeschaltet, wenn zusätzliche Leistung gebraucht wird, und bei Reisegeschwindigkeit entsteht kein zusätzlicher „Schleppverlust“
In einem dieser Zerlegevideos wurde sogar gezeigt, dass im selben Fahrzeug für den Frontantrieb günstigere und weniger effiziente IGBTs verwendet wurden, während der hintere Motor effizientere SiC-MOSFETs bekam
Wenn es nur für kurze Beschleunigungsphasen gebraucht wird, ist ein geringerer Wirkungsgrad akzeptabel
Wenn man sich bei Elektroautos Sorgen um die Reichweite macht, geht es meist um die Reichweite auf langen Schnellfahrten, daher wirkt das wie ein zentraler Vorteil von EESM
Ich habe ein Renault-Elektroauto, und es ist sehr gut
Neben der Motortechnik ist es relativ leicht, hat serienmäßig eine Wärmepumpe, und auch die Batteriegröße ist vernünftig
Deshalb fahre ich einen Zoe
War die Tesla-ACIM-Antriebseinheit vor dem Model 3 nicht auch magnetlos?
Ich dachte, dort werden Bündel aus isoliertem Kupferdraht und deren Reluktanz magnetähnlich genutzt