China ist der weltweit größte Markt für Elektromobilität – und ein wichtiger Impulsgeber für elektrische Traktionsantriebe. Wie stark sich das inzwischen auch im Maschineninneren zeigt, haben Forscher der RWTH Aachen untersucht. Sie analysierten 115 elektrische Traktionsmotoren aus 80 Fahrzeugen des chinesischen Marktes. Die Fahrzeuge stammen aus den Modelljahren 2019 bis 2025 und reichen von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) über Modelle mit Range Extender (REEV) bis zu Plug-in-Hybriden (PHEV).

Zum Vergleich griffen die Forscher auf ältere RWTH-Daten zu 48 Motoren aus 31 europäischen und US-amerikanischen Fahrzeugen der Modelljahre 2018 bis 2023 zurück. Die neue Studie baut damit auf einer 2025 veröffentlichten PEM-Studie zu überwiegend europäischen und US-amerikanischen Elektromotoren auf. Berücksichtigt wurden jeweils die Modelljahre, um Marktunterschiede und mögliche Trends über Ländergrenzen hinweg einzuordnen.

Leichteres Gehäuse, dünneres Blech

Die Grundlage bilden die Benchmarking-Datenbank „DARWIN“ der MOVO Autodatas Technology GmbH, Fachliteratur, Patente, öffentlich zugängliche Daten und eigene Teardown-Analysen des PEM. Untersucht wurden ausschließlich eigenständige Antriebseinheiten mit Rotor, Stator, Leistungselektronik und Untersetzungsgetriebe. Hybride, deren Gehäuseteile mit dem Verbrennungsmotor geteilt werden, blieben außen vor.

41 der 80 Fahrzeuge besitzen Motoren an beiden Achsen, 19 haben Frontantrieb und 20 Heckantrieb. Bei sechs Allradfahrzeugen wurde nur ein Motor analysiert. Das ist eine Stichprobe, keine statistisch repräsentative Auswahl. Wegen der unterschiedlichen Fahrzeugklassen, Baujahre und Leistungsstufen sind direkte Paarvergleiche nicht möglich. Standardisierte Prüfstands-, Wirkungsgrad- oder Verbrauchsvergleiche zwischen den Märkten liefert die Untersuchung ebenfalls nicht.

Ein auffälliger Unterschied steckt im Gehäuse: Europäische und US-amerikanische Antriebe verwenden überwiegend Aluminium, während einige chinesische Hersteller auf Magnesium setzen. Damit sollen sich gegenüber Aluminium etwa 20 bis 30 Prozent Gehäusegewicht einsparen lassen. Fortschritte bei Mg-Al- und Mg-RE-Legierungen, beim Semi-Solid-Guss und bei der präziseren Prozessführung haben Korrosionsschutz, Maßhaltigkeit und Fertigungskonsistenz verbessert.

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Ob sich der teurere Werkstoff auf Ebene des gesamten Fahrzeugs wirtschaftlich lohnt, beantwortet die Studie allerdings nicht. China stellt laut einer darin zitierten Quelle mehr als 80 Prozent des weltweiten Primärmagnesiums her. Genau diese Konzentration sehen die Autoren mit Blick auf Versorgungssicherheit und Preisstabilität kritisch. Das in China verbreitete Pidgeon-Verfahren gilt als energie-, wasser-, arbeits- und abfallintensiv. Magnesium und Seltene Erden für Permanentmagnete zählen in der EU zu den strategisch relevanten Rohstoffen. Als mögliche Einflussfaktoren für die Materialwahl nennt die Studie außerdem Rohstoffverfügbarkeit, Lohnkosten und regulatorische Vorgaben.

Beim Stator sank das durchschnittliche Gewicht von 20,65 Kilogramm in den Modelljahren 2020 bis 2022 auf 19,45 Kilogramm in den Jahren 2024 und 2025. Im untersuchten Bestand wiegt ein Stator im Mittel knapp 20 Kilogramm. Der schwerste, knapp 36 Kilogramm, stammt aus dem hinteren Motor des Nio ET7. Der leichteste brachte 10,24 Kilogramm auf die Waage – gefunden im Frontmotor des BYD Seagull.

Auch die Elektrobleche werden dünner. In der älteren Vergleichsstudie lag ihre durchschnittliche Dicke bei 0,30 Millimetern, in der aktuellen Stichprobe bei 0,27 Millimetern. Für die Modelljahre 2024 und 2025 werden etwa 0,25 Millimeter erwartet. Dünnere Bleche reduzieren frequenzabhängige Eisenverluste, verlangen bei Fertigung und Handhabung aber mehr Sorgfalt.

In der älteren, überwiegend europäischen und US-amerikanischen Stichprobe waren die Statorblechpakete im Durchschnitt 6,65 Prozent größer beim Außendurchmesser, 4,7 Prozent größer beim Innendurchmesser und 7,3 Prozent länger. Gleichzeitig waren sie rund 9,2 Prozent schwerer. Fahrzeugklasse, Leistung und Baujahr können diese Unterschiede beeinflussen – ein sauberer Länderzweikampf lässt sich daraus also nicht basteln.

Permanentmagnete bleiben dominant

95 der 115 untersuchten Motoren sind permanentmagneterregte Synchronmaschinen, kurz PMSM. 20 Motoren arbeiten asynchron. Elektrisch erregte Synchronmaschinen ohne Seltene Erden fanden die Forscher in ihrer Stichprobe nicht. Das führen die Autoren neben der Zusammensetzung des Samples auf Chinas Zugang zu Permanentmagneten und Seltenen Erden zurück. China dominiert deren Verarbeitungskette – vom Bergbau und der Raffination bis zur Magnetproduktion.

PMSM bieten eine hohe Drehmomentdichte und gute Effizienz bei niedrigen und mittleren Drehzahlen. Bei hohem Tempo brauchen sie allerdings eine verlustbehaftete Feldschwächung. Asynchronmaschinen kommen ohne Permanentmagnete aus, verlieren dafür Energie durch induzierte Rotorströme.

Eine weitere Studie des PEM setzt den Entwicklungsschub in Zahlen: Seit 2019 ist die durchschnittliche Spitzenleistungsdichte permanenterregter Synchronmotoren um rund 45 Prozent gestiegen. Ein Grund dafür sind höhere durchschnittliche Motordrehzahlen. Downsizing durch höhere Drehzahlen macht Motoren kompakter und senkt den Materialbedarf.

Dass fremderregte Synchronmaschinen in der RWTH-Stichprobe nicht auftauchten, heißt nicht, dass sie technisch keine Rolle spielen. Sie nutzen schaltbare Elektromagnete statt Permanentmagnete. Ältere Systeme hatten verschleißanfällige Schleifkontakte, moderne übertragen den Strom kontaktlos und induktiv. Das Magnetfeld lässt sich bei hohen Geschwindigkeiten abschwächen oder abschalten, was die Effizienz bei Autobahntempo erhöhen kann.

Beim BMW iX3 treiben zwei Elektromaschinen das Allradmodell an: Das System leistet 345 kW beziehungsweise 469 PS und liefert 645 Nm Drehmoment. An der Hinterachse arbeitet eine stromerregte Synchronmaschine, an der Vorderachse eine Asynchronmaschine. Gegenüber der Vorgängergeneration sinken laut dem zugrunde liegenden Artikel die Energieverluste um 40 Prozent, das Gewicht um 10 Prozent und die Herstellungskosten um 20 Prozent.

Mehr Integration, mehr Drehzahl

Beim Zusammenspiel von Motor, Getriebe und Leistungselektronik fanden die RWTH-Forscher keine grundlegenden Unterschiede zwischen den Märkten. E-Antriebe aus China, Europa und den USA zeigen im Grundaufbau geringe Abweichungen: ähnliche Gehäusestrukturen, vergleichbare Stator- und Rotorgeometrien und bei neueren Modellen ähnliche Kühlkonzepte. Unterschiede liegen vor allem bei der Werkstoffwahl und bei der Gestaltung einzelner Komponenten.

Bis zum Modelljahr 2021 waren mehrere getrennte Gehäuseteile häufiger. Ab 2022 dominierten integrierte Antriebseinheiten. Eine Bauform mit parallel angeordnetem Motor und Abtriebswelle macht 43 Prozent der untersuchten Konfigurationen aus. Eine externe Prognose erwartet für China bis 2037 einen Anteil von 66 Prozent für „3-in-1“- und 26 Prozent für „X-in-1“-Antriebe.

ZF stellte einen 3-in-1-Antrieb mit höherer Drehzahl vor, der mit etwa der Hälfte der Magnetmasse eines Referenzantriebs auskommen soll. Das ist der Charme des Downsizing: weniger Bauraum, weniger Material – dafür steigen die Anforderungen an Wärmeabfuhr, Lagerung und Fertigung.

Auch die Wicklung wandelt sich. Klassische Runddrähte werden zunehmend durch rechtwinklige Kupferstäbe ersetzt, sogenannte Hairpins. Sie werden automatisiert in den Stator eingesetzt und verschweißt. Der Kupferfüllfaktor steigt dadurch von unter 50 auf über 70 Prozent. Das verbessert Stromtragfähigkeit und Wärmeableitung; bei gleicher Leistung kann der Motor kompakter und leichter ausfallen.

Direkte Öl- oder Kühlmittelkühlung der Statorwicklungen war bereits im älteren Benchmarking vor allem bei asiatischen Fahrzeugen verbreitet. Sie kann höhere Dauerleistungen ermöglichen. Volkswagen setzt inzwischen unter anderem im Elektroantrieb APP550 eine kombinierte Öl-/Wasserkühlung ein. Die Ölkühlung bringt allerdings neue Fertigungsanforderungen mit sich, insbesondere an die Dichtheit von Rotor- und Statorblechpaketen.

Moderne Elektromotoren drehen bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr. Neben dem