Elektromotor ohne magnete? japanische forscher revolutionieren antriebstechnik

Tokio – Ein Durchbruch in der Elektrotechnik: Japanische Wissenschaftler haben einen Prototypen vorgestellt, der den herkömmlichen Elektromotor revolutioniert. Das Verfahren verzichtet komplett auf teure und geopolitisch sensible Materialien wie Neodym und seltene Erden.

Elektrostatische kraft statt magnetfelder

Seit über einem Jahrhundert dominieren Magnete, Spulen und Magnetfelder die Welt der Elektromotoren. Doch nun könnte sich das grundlegend ändern. Das Team des Institute of Science Tokyo in Zusammenarbeit mit ENEOS Materials hat einen Motor entwickelt, der auf einer längst bekannten elektrostatischen Kraft basiert – einer, die seit dem späten 19. Jahrhundert theoretisch bekannt ist, aber bislang aufgrund geringer Kraft kaum nutzbar war.

Der Schlüssel liegt in einem neuartigen ferroelektrischen Flüssigkeit, einem nematischen Flüssigkristall namens DIO/DIO‑CN, der eine extrem hohe elektrische Polarisation aufweist. Unterhalb von 20–80 Volt erzeugt diese Flüssigkeit eine immense elektrostatische Kraft, die in der Lage ist, Materie sichtbar zu bewegen. Ein eindrucksvolles Experiment zeigte, dass die Flüssigkeit unter diesen Bedingungen mehrere Zentimeter gegen die Schwerkraft aufsteigen kann.

Der Prototyp selbst ist faszinierend einfach: Ein Stator mit 24 Polen und drei Phasen ist mit der ferroelektrischen Flüssigkeit gefüllt. Der Rotor besteht aus 16 Teilen gedrucktem Kunststoff. Die Stromversorgung erfolgt über den Stator, der Rotor ist drahtlos und benötigt keine zusätzliche Energiequelle.

Die Funktionsweise ist elegant: Pulsierte, dreiphasige Signale von etwa 60 Volt mit einer Frequenz von 10 Hz treiben den Rotor an. Die elektrostatische Kraft drückt die Enden des Rotors sequenziell, wodurch eine kontinuierliche Rotation entsteht – ohne Magnete, ohne Metall im rotierenden Teil.

Die Abhängigkeit von Neodym und Disprosium, deren Gewinnung in wenigen Ländern konzentriert ist und somit Risiken für Preise und Lieferketten birgt, ist damit überwindbar. Das Material des Rotors besteht aus Kunststoff, die Flüssigkeit ist ein aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff synthetisierbares organisches Compound und das System erzeugt kein externes Magnetfeld. Dies ist ein entscheidender Vorteil für Länder wie Japan, die ihre technologische Unabhängigkeit stärken wollen.

Die aktuelle Leistung des Prototyps – rund 40 Umdrehungen pro Minute – ist noch bescheiden. Die Forscher sind aber zuversichtlich, dass durch die Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit und die Verwendung mehrerer Stator- und Rotor-Schichten höhere Drehzahlen und ein größeres Drehmoment erreicht werden können. „Wir sprechen hier von potenziell 1.000 Umdrehungen pro Minute“, erklärt Shota Tsukamoto von der Tokyo Institute of Technology.

Die Technologie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Doch das Potenzial ist enorm: Leichtere, nachhaltigere und geopolitisch unabhängige Aktuatoren könnten in der nächsten Generation von Robotern, Drohnen und präzisen medizinischen Geräten Anwendung finden. Die japanische Innovation ist mehr als nur ein technischer Fortschritt; sie ist ein Statement für eine Zukunft, in der kritische Ressourcen nicht mehr die Innovation bremsen.