Elektromotor ohne magnete: japanische forscher revolutionieren die antriebstechnik

Tokio – Eine bahnbrechende Entwicklung aus Japan könnte die Welt der Elektromotoren grundlegend verändern. Wissenschaftler des Institute of Science Tokyo und ENEOS Materials präsentieren einen Prototyp, der auf einer völlig neuen physikalischen Grundlage basiert und auf den Einsatz von Neodym und anderen seltenen Erden verzichtet.

Elektrostatische kraft ersetzt magnetismus

Seit über einem Jahrhundert dominieren Magnete die Technologie von Elektromotoren. Doch nun setzen Forscher auf eine bisher wenig genutzte elektrostatische Kraft. Der neuartige Motor nutzt einen ferroelektrischen Flüssigkeit, um durch elektrostatische Felder Bewegung zu erzeugen. Diese Methode, die bereits im späten 19. Jahrhundert theoretisch beschrieben wurde, war lange Zeit aufgrund der benötigten hohen Spannungen unpraktikabel.

Das Team nutzte eine spezielle Flüssigkeit, einen nematischen Ferroelektrik-Kristall namens DIO/DIO‑CN, der eine extrem hohe elektrische Polarisationsdichte aufweist. Bei moderaten Spannungen von 20–80 Volt erzeugt diese Flüssigkeit beeindruckende Druckwellen, die genutzt werden, um den Motor anzutreiben. Ein Experiment demonstrierte dies eindrucksvoll: Die Flüssigkeit stieg gegen die Schwerkraft mehrere Zentimeter an.

Der Prototyp besteht aus einem Stator mit 24 Polen und drei Phasen, der mit der ferroelektrischen Flüssigkeit gefüllt ist. Der Rotor ist aus Kunststoff gefertigt und wird lediglich mit einer 3-phasigen Spannung von 60 Volt zu 10 Hz angetrieben. Er dreht sich mit etwa 40 Umdrehungen pro Minute, angetrieben von der sequenziellen Ausübung elektrostatischer Kräfte.

Die Abhängigkeit von seltenen Erden wie Neodym ist ein zentraler Kritikpunkt an herkömmlichen Elektromotoren, da deren Gewinnung geopolitisch umstritten ist. Dieser neue Ansatz ermöglicht die Verwendung von leicht verfügbaren Materialien wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff für die Flüssigkeit und Kunststoff für den Rotor. Zudem erzeugt das System kein störendes Magnetfeld.

Obwohl der Prototyp noch nicht bereit für den kommerziellen Einsatz ist, zeigt er das Potenzial für Anwendungen in Bereichen, in denen Gewicht und Energieeffizienz entscheidend sind. Dazu gehören humanoidroboter, Drohnen und elektrische Fahrzeuge. Die Forscher planen, die Leistung des Motors durch Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit und die Verwendung mehrschichtiger Stator- und Rotorstrukturen zu steigern. Eine Steigerung auf 1.000 Umdrehungen pro Minute wäre ein erster, wichtiger Schritt.

Die Technologie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, aber die Möglichkeit, Elektromotoren ohne Magnete und seltene Erden zu bauen, könnte die industrielle Revolution im Bereich der Antriebstechnik maßgeblich beeinflussen. Die japanische Innovation könnte die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen verringern und neue Wege für nachhaltige Mobilität und Robotik eröffnen. Die Entwicklung könnte sich als Gamechanger erweisen, da sie nicht nur die Kosten senkt, sondern auch die geopolitische Abhängigkeit von bestimmten Materialien reduziert.