Der Halbach-Effekt im Model 3

Eine der überraschenden Eigenschaften von Elektrofahrzeugen ist die Beschleunigung. Selbst die einfachsten Fahrzeuge beschleunigen schneller als vergleichbare Verbrenner. Fahrzeuge von Tesla waren schon bisher für ihre besonders guten Beschleunigungseigenschaften bekannt und beliebt, und das Model 3 sticht nochmals durch ein neues Detail heraus.

Sandy Munro, der ein Ingenieursdienstleistungsunternehmen betreibt, das sich darauf spezialisiert, industrieführende Fahrzeuge zu zerlegen und zu analysieren, tat das mit einem Model 3. Und dabei stieß er auf interessante Details beim Elektromotor.

Da ist zuerst mal das Gewicht, das bei ca. 46 Kilogramm liegt und unter dem vom BMW i3 mit 48 Kilogramm und dem Chevrolet Bolt mit 50 Kilogramm liegt. Und das obwohl der Motor des Model 3 um die 40 Prozent mehr Leistung bringt. Das weckte klarerweise das Interesse der Ingenieure. Einen Hinweis gaben die Permanentmagnete in den Elektromotoren des Model 3. Diese rechteckigen Magnete, die etwas größer als ein Bazooka-Kaugummi sind, wiesen Rillen auf, die sich die Ingenieure anfänglich nicht erklären konnten. Bis man auf den Halbach-Effekt / Halbach Array stieß.

Bei diesem wird die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete abwechselnd jeweils um 90° in Richtung der Längsachse des Arrays angeordnet. Dabei erhöht sich die Flussdichte auf der Seite, in der die Feldrichtung zeigt, und verringert sich auf der gegenüberliegenden Seite.

Gleich angeordnete Permanentmagnete (links) und der Halbach-Effekt (rechts) mit den visualisierten Flussdichten.

Der Effekt ist, dass der Magnet auf der Seite der erhöhten Flussdichte viel stärker ist, als die Summe der einzelnen Permanentmagnete und das verwendete magnetische Material normalerweise ergeben würden. Eins plus eins ergibt somit mehr als zwei. Das erklärt, warum ein kleiner und leichter gebauter Elektromotor wie beim Model 3 so viel mehr Drehmoment erzeugen kann und weniger Energie verbraucht.

Solche auf dem Halbach-Effekt aufbauenden Magnete sind laut Sandy Munro keine ‚Commodity‘. Die kann man nicht so einfach von der Stange kaufen. Schon alleine das Klebematerial, das dazu verwendet wurde, die an sich schon starken Magnete aneinander zu leimen, ist bemerkenswert. Bei Tests, bei denen sie diese an den Verkittungsstellen auseinander brachen, flogen ihnen laut Munro die Magnete um die Ohren.

Tesla Model 3 Elektromotor mit sichtbaren Halbach-Array-Magneten.

Neben Kühlschrankmagneten scheint das die erste massenhafte Anwendung des bereits vor mehr als 40 Jahren entdeckten Halbach-Effekts zu sein.

Hier ist das Video mit der Analyse bei der Zerlegung eines Tesla Model 3, wo Sandy Munro ab der 10 Minuten eine gute Viertelstunde über den Halbach-Effekt berichtet.

Dieser Beitrag ist auch auf Englisch erschienen.

2 Kommentare

  1. In Lineargeneratoren und -motoren werden Halbach-Arrays bereits seit längerer Zeit verwendet.
    Manche Magenetschwebebahnen arbeiten damit.
    Bei rotierenden Motoren gab es bisher immer wieder Probleme und manche schreckten vor der wesentlich komplexeren Fertigung zurück.

    Liken

Hinterlasse eine Antwort

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Google Foto

Du kommentierst mit Deinem Google-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

Verbinde mit %s