In fast jedem Elektrofahrzeug steckt ein Antrieb, der ohne kritische Rohstoffe aus wenigen Förderländern nicht funktioniert. Ein junges Unternehmen aus Bengaluru hat nun ein Patent für eine Motorarchitektur erhalten, die diesen Engpass vollständig umgehen soll. Der Prototyp liefert eine Dauerleistung von 6 Kilowatt und ein Drehmoment von bis zu 58 Newtonmetern, obwohl in seinem Rotor ein zentrales Bauteil fehlt. Was stattdessen das nötige Magnetfeld erzeugt, unterscheidet sich grundlegend von allen gängigen Antriebskonzepten.
Elektromotoren gelten als das Herzstück der Elektromobilität, denn sie bestimmen maßgeblich, wie effizient, leicht und leistungsfähig ein Fahrzeug fährt. In fast allen modernen Elektroautos arbeiten sogenannte permanenterregte Synchronmaschinen, deren Rotor mit fest verbauten Magnetwerkstoffen bestückt ist. Diese Bauteile bestehen üblicherweise aus Legierungen mit Neodym, Dysprosium oder Terbium und erzeugen ein dauerhaft starkes Magnetfeld, das den Motor kompakt und wirkungsgradstark macht. Je nach Modell stecken in einem einzigen Antriebsstrang etwa ein bis drei Kilogramm dieser Magnetwerkstoffe. Genau diese Bauweise verschafft der Technologie ihre hohe Leistungsdichte, bindet die Hersteller aber zugleich an einen Rohstoffmarkt, der von wenigen Akteuren dominiert wird. Auch Windkraftanlagen, Roboter und zahlreiche Industrieantriebe setzen auf dasselbe Prinzip und verstärken die weltweite Nachfrage zusätzlich.
Die benötigten Seltenen Erden sind dabei weniger ein geologisches als ein industrielles Problem. Zwar existieren auch große Vorkommen Seltener Erden außerhalb Chinas, doch die Raffination und die Weiterverarbeitung zu einsatzfähigen Magnetlegierungen konzentrieren sich fast vollständig auf die Volksrepublik. Schätzungen zufolge kontrolliert China rund 91 Prozent der weltweiten Aufbereitung Seltener Erden und produziert etwa 94 Prozent aller gesinterten Permanentmagnete, wie sie in Fahrzeugantrieben verbaut werden. Exportbeschränkungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, wie verwundbar diese Lieferkette ist. Automobilzulieferer und Forschungsinstitute weltweit arbeiten deshalb an Antriebskonzepten, die mit weniger oder ganz ohne diese kritischen Materialien auskommen, mussten dafür bislang aber meist Nachteile bei Baugröße, Gewicht oder Wirkungsgrad in Kauf nehmen.
Das Unternehmen Vimag Labs aus Bengaluru verfolgt einen radikal anderen Ansatz und hat dafür nun sein fünftes indisches Patent mit dem Titel A Robust Rotating Transformer Excited Synchronous Motor and Its Control erhalten. Geschützt wird damit die Kernarchitektur des sogenannten Virtual Magnet Synchronous Motor, kurz VMSM. Statt fest verbauter Permanentmagnete sitzen im Rotor gewöhnliche Kupferspulen auf einem Stahlkern, die erst durch präzise gesteuerte Ströme zu Elektromagneten werden. Leistungselektronik und proprietäre Regelalgorithmen erzeugen und formen das Magnetfeld dabei in Echtzeit, weshalb das Unternehmen von einem softwaredefinierten Magneten spricht. Der Motor benötigt dadurch keinerlei Seltene Erden, sondern kommt mit Kupfer, Stahl und Standardelektronik aus, also mit Materialien, die weltweit breit verfügbar sind und deutlich stabilere Preise aufweisen.
Eine technische Besonderheit liegt in der Energieübertragung auf den drehenden Rotor. Stromerregte Synchronmaschinen existieren zwar bereits in Serienfahrzeugen, übertragen die Erregerleistung aber meist über Bürsten oder Schleifringe, die Verschleiß verursachen und Wartung erfordern. Der VMSM nutzt stattdessen einen rotierenden Transformator, der die Energie berührungslos ins Innere des Rotors überträgt. Das Ergebnis ist eine bürstenlose Synchronmaschine ohne Schleifringe, die laut Herstellerangaben die Leistungswerte permanenterregter Motoren erreichen oder übertreffen soll. Nach Unternehmensangaben stecken mehr als 87.600 Ingenieursstunden in der Entwicklung der Architektur. Insgesamt umfasst das Patentportfolio inzwischen fünf erteilte Schutzrechte, zehn weitere Anmeldungen in der Prüfung und fünfzehn Markenanmeldungen, die von der Motorarchitektur über die Steuerungssoftware bis zur Leistungselektronik reichen.
Der aktuelle Prototyp erreicht eine Dauerleistung von 6 Kilowatt, eine Spitzenleistung von 10 Kilowatt und ein Drehmoment zwischen 48 und 58 Newtonmetern, womit er sich zunächst für elektrische Zweiräder und Dreiräder eignet. Pilotprojekte mit etablierten Zweiradherstellern und Pkw-Produzenten laufen nach Unternehmensangaben bereits, zudem wurde eine Fertigungsvereinbarung mit dem Anlagenbauer Jendamark unterzeichnet. Mittelfristig plant Vimag Labs eine Skalierung auf leichte Nutzfahrzeuge, Lkw und Industrieanlagen mit Leistungen von 200 bis 600 Kilowatt sowie Anwendungen in Robotik, Verteidigung und Kühlsystemen. Finanziert wird die Expansion durch eine Serie-A-Runde über 5 Millionen US-Dollar unter Führung des Investors Accel. Wie intensiv die Branche derzeit an effizienteren Antrieben arbeitet, zeigen parallel auch neue Motoren aus metallischem Glas mit Wirkungsgraden von über 98 Prozent.
Die strategische Bedeutung des Konzepts reicht weit über Indien hinaus, denn die gesamte Fahrzeugindustrie sucht derzeit nach Wegen aus der Abhängigkeit von chinesischen Magnetlieferungen. Der französische Zulieferer Valeo entwickelt seit dem Jahr 2022 einen Antrieb ohne Seltene Erden, der frühestens 2028 auf den Markt kommen soll. Die Autokonzerne Stellantis und General Motors investieren in das US-Startup Niron Magnetics, das an Eisennitrid-Werkstoffen als Ersatz für klassische Magnete arbeitet, und auch Honda finanziert eigene Alternativen. Keiner dieser Ansätze hat bislang die Serienproduktion erreicht. Sollte der VMSM seine Leistungsdaten unter realen Bedingungen bestätigen, hätte ein vergleichsweise kleines Startup damit eine Lücke besetzt, an der sich internationale Konzerne seit Jahren mit erheblichem Aufwand abarbeiten.
Unabhängig bestätigt sind die Herstellerangaben allerdings noch nicht, und der Sprung vom Prototyp zur Massenfertigung gilt in der Antriebstechnik als besonders anspruchsvoll. Kosten, Dauerhaltbarkeit und Wirkungsgrad müssen sich erst über hohe Stückzahlen und lange Laufzeiten beweisen, bevor Fahrzeughersteller ihre Lieferkette auf eine neue Motorarchitektur umstellen. Vimag Labs plant deshalb, noch in diesem Jahr zwischen 1.000 und 10.000 Motoreinheiten auszuliefern und die Steuerungselektronik langfristig in einem eigenen anwendungsspezifischen Chip zu bündeln, was die Elektronikkosten um bis zu 90 Prozent senken soll. Gelingt die Kommerzialisierung, könnte der Antrieb ohne Seltene Erden zu einem Baustein einer widerstandsfähigeren globalen Elektromobilität werden, deren Verfügbarkeit nicht mehr von den Exportentscheidungen eines einzelnen Landes abhängt.