Axialfluss-Permanentmagnetmotoren
Ein Axialfluss-Permanentmagnetmotor nutzt einen scheibenförmigen Magnetkreis, dessen Hauptfluss im Luftspalt parallel zur Welle verläuft. Er folgt denselben synchronen elektromagnetischen Grundsätzen wie ein Radialfluss-PMSM, tauscht jedoch Baulänge gegen Durchmesser und kann in einem kurzen Gehäuse hohes Drehmoment erzeugen.
Geometrie, keine neue Drehmomentquelle
„Axialfluss“ bezeichnet die Richtung des magnetischen Hauptpfads. „Permanentmagneterregt synchron“ beschreibt die Rotorerregung und ihre Beziehung zum rotierenden Statorfeld. Die Einteilungen sind unabhängig: Auch Axialfluss-Induktions- und Reluktanzmaschinen sind möglich, die aktuelle Aufmerksamkeit bei Hochleistungsfahrzeugen gilt jedoch vor allem Axialfluss-Permanentmagnetmaschinen.
Es gibt verschiedene Anordnungen: einen Rotor zwischen zwei Statoren, einen Stator zwischen zwei Rotoren oder mehrere wiederholte Stufen. Die YASA-Topologie mit jochloser segmentierter Ankerwicklung platziert einen segmentierten Stator zwischen zwei permanentmagnetischen Rotorscheiben. Beide Statorseiten tragen zum Drehmoment bei; das übliche durchgehende Statorjoch entfällt.
Wie der Motor Drehmoment erzeugt
Ein Wechselrichter versorgt die Statorwicklungen mit Mehrphasenstrom. Resolver, Encoder oder Positionsschätzer melden die Lage des Rotorfelds, und die feldorientierte Regelung stellt den Phasenstromvektor ein. Die beiden Rotorscheiben folgen dem vorgegebenen Drehfeld synchron.
Der aktive Radius begünstigt das Drehmoment. Ein großer Teil der elektromagnetischen Schubkraft greift weiter von der Welle entfernt an als bei einer Radialmaschine mit kleinerem Durchmesser und erhält dadurch einen längeren Hebelarm. Zwei Luftspalte nutzen beide Statorflächen. Sorgfältig optimiert kann dies hohes Drehmoment je axialer Länge sowie hohe massen- oder volumenbezogene Drehmoment- und Leistungsdichte ergeben.
Das ist nicht automatisch gegeben. Durchmesser, Luftspaltfluss, Strombelastung, Kühlung, Rotorbeanspruchung, Lager, Wechselrichterleistung und Lastprofil bestimmen die tatsächliche Leistung. Ein Vergleich mit Radialflussmotoren erfordert gleiche Spitzendauer, thermische Dauerbedingungen, Kühlmitteltemperaturen, Wechselrichtergrenzen und Messgrenzen.
Bauraum und Leistung
Die flache Form kann entlang einer Achse Platz schaffen oder mehrere Motoren und Getriebepfade in einer kompakten Hochleistungsantriebseinheit ermöglichen. Das ist wertvoll, wenn die Motorlänge stärker begrenzt ist als der Durchmesser.
Hohe Drehmomentdichte kann die Masse senken, doch zum Gesamtsystem gehören Rotorträger, Lager, Gehäuse, Kühlkreise, Wechselrichter und Getriebe. Die Leistungsdichte des Motors allein ist nicht die Leistungsdichte der Antriebseinheit oder des Fahrzeugs.
Die Dauerleistung hängt stark von der Wärmeabfuhr ab. Übliche Axialflussstatoren liegen zwischen Rotorscheiben, sodass ein äußerer Wassermantel einen langen Wärmeweg zum Kupfer haben kann. Direkte Ölkühlung oder Kühlung nahe den segmentierten Wicklungen verkürzt ihn und unterstützt wiederholte hohe Last.
Mechanische und thermische Herausforderungen
Die Rotorscheiben ziehen den Stator mit erheblicher Axialkraft an. Gegenüberliegende Rotoren können die Nettokraft bei korrekter Ausrichtung ausgleichen, doch Gehäusesteifigkeit, Lagerung, Rotorebenheit und Montagetoleranzen müssen beide Luftspalte klein und gleichmäßig halten. Wärmeausdehnung, Schwingung und Fertigungsstreuung erschweren die Serienfertigung.
Die breite Scheibe verlangt zudem sorgfältige Kontrolle von Rotorbeanspruchung und Durchbiegung bei Drehzahl. Magnete müssen gehalten, Wirbelstromverluste beherrscht und Drehmomentwelligkeit sowie Geräusch durch Pol-, Nut-, Magnet- und Wicklungsauslegung begrenzt werden.
Das Kühlmedium muss elektrisch und chemisch mit Isolation, Klebstoffen, Magneten, Dichtungen und Lagern verträglich sein. Direktkühlung ergänzt Pumpen, Kanäle, Filterung, Abdichtung und Schleppverluste. Sie kann die Dauerleistung steigern, benötigt aber Hilfsenergie.
Permanentmagnete bringen dieselben Fragen zu Temperatur, Entmagnetisierung, Kosten und Lieferketten wie radiale PMSM. Axialfluss beseitigt sie nicht, sondern verändert die Geometrie ihrer Lösung.
Von der Spezialtechnik zur Serienproduktion
Mercedes-Benz begann im Juni 2026 in Berlin-Marienfelde mit der Großserienfertigung seines Axialflussmotors. Als erste Serienanwendung nennt das Unternehmen das neue batterieelektrische Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé. Seine drei Axialflussmotoren sind in Hochleistungsantriebe mit kompakten Planetenuntersetzungsgetrieben integriert.
Laut Mercedes-Benz umfasst das Produktionssystem 98 Prozessschritte und kontrolliert Doppelrotormontage sowie Statorposition eng. Der Aufwand zeigt, warum sich Axialflussleistung nicht von der Herstellbarkeit trennen lässt.
YASA, 2021 von Mercedes-Benz übernommen, entwickelte den jochlosen segmentierten Ansatz des heutigen Programms. Andere Axialflussarchitekturen und Anbieter nutzen andere Statorkerne, Rotorzahlen, Wicklungen, Werkstoffe und Kühlung; „YASA“ ist daher kein Synonym für jeden Axialflussmotor.
Wo Axialfluss sinnvoll ist
Axialflussmaschinen überzeugen, wenn axialer Bauraum und Drehmomentdichte anspruchsvolle Kühl- und Fertigungsprozesse rechtfertigen. Hochleistungsfahrzeuge sind ein früher Einsatzbereich, weil Kompaktheit, wiederholbare Leistung und Masse hohen Wert besitzen.
Sie sind kein universeller Nachfolger radialer Motoren. Radialflussmaschinen profitieren von ausgereiften Werkzeugen, etablierten Lieferketten, bekannten Kühlmänteln und skalierbarer Fertigung über einen großen Leistungsbereich. Die Verbreitung hängt von Kosten des gesamten Antriebs, Dauerleistung, Fertigungsausbeute, Haltbarkeit und Wartbarkeit ab – nicht von einer einzelnen Spitzenleistungsdichte.
Für eine visuelle Erläuterung der Axialflusskonstruktion steht das Munro-Live-Video weiterhin bereit:
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