Elektromotor im E-Auto: Alles wichtige zu Aufbau, Funktionsweise und Arten

Inhalt

• Der Elektromotor im E-Auto – Wie ist sein Aufbau?
• Wie funktioniert ein Elektromotor im E-Auto?
• Ohne geht’s nicht: Die Batterie im Elektroauto
• Arten von Auto-Elektromotoren
• So effizient sind Elektromotoren in Autos
• Fazit: Elektromotoren sind auf dem Vormarsch

Der Elektromotor im E-Auto – Wie ist sein Aufbau?

Der Elektromotor im Auto besteht meist aus folgenden Bestandteilen:

• Rotor: Der Rotor (auch als Anker bekannt) handelt ist ein drehbarer Elektromagnet und versteht sich als eine Spule mit Eisenkern.
• Bürsten: Über die Bürsten (bzw. Schleifkontakte) ist der Rotor mit der elektrischen Quelle, die für den Stromfluss durch den Rotor verantwortlich ist, verbunden.
• Stator: Der Rotor befindet sich in einem Magnetfeld, das durch einen Dauermagneten (oder auch zweien), genannt Stator, erzeugt wird.
• Kommutator: Der Kommutator bewerkstelligt die ständige Drehung des Rotors, indem er die Magnetpole des Rotors umkehrt.

Wie funktioniert ein Elektromotor im E-Auto?

Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um. Sie nutzen magnetische Kräfte, um ein Drehmoment zu erzeugen. Beim Magnetismus stoßen sich gleiche Pole ab, während sich ungleiche Pole anziehen. Im Elektromotor eines Autos sind die technischen Bauteile so miteinander verbunden, dass diese anziehenden und abstoßenden Kräfte eine Drehbewegung verursachen: Der Rotor bewegt sich in Beziehung zum Stator. Damit sich der Rotor immer weiter drehen kann, kehrt der Kommutator die Pole des Rotors entsprechend um. Durch die Drehbewegung des Rotors setzen sich schließlich die Räder in Gang.

Ohne geht’s nicht: Die Batterie im Elektroauto

Die elektrische Energie, die für das Betreiben des Motors nötig ist, kommt aus dem Akku bzw. der Hochvoltbatterie, die regelmäßig aufzuladen ist. Aktuell kommen meist Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, die sich durch Langlebigkeit, schnelle Ladegeschwindigkeit und große Stromspeicherkapazität auszeichnen. Je größer die Kapazität der Batterie ist, desto längere Strecken bewältigt das E-Auto mit einer Ladung.

Gleichstrom in der Batterie

Während der Rotor im Elektroauto-Motor sein Magnetfeld über Wechselstrom herstellt, arbeitet die Batterie mit Gleichstrom. Was die beiden Stromarten unterscheidet, erklärt unsere Infobox:

Von Gleichstrom zu Wechselstrom mit Invertern/Konvertern

Elektroautos speichern die Energie in Form von Gleichstrom in besonders effizienten Akkus. Trotzdem werden E-Autos von Wechselstrommotoren angetrieben. Möglich wird dies durch ein zusätzliches Bauteil, einen sogenannten Konverter oder Inverter. Diese sind nicht nur für Drehmoment und Drehzahlsteuerung zuständig, sondern wandeln auch den Gleichstrom der Batterie in den Wechselstrom für den Motor um. Beim Prozess der Rekuperation geschieht dies auch umgekehrt: Das Bremsen erzeugt Wärme, die den Motor rückwärts laufen lässt und dadurch Strom generiert. Der Inverter verwandelt diesen Wechselstrom in Gleichstrom, den die Batterie dann speichern kann.

Arten von Auto-Elektromotoren

Es gibt verschiedene Arten von Elektromotoren, die in Autos verbaut werden. Dabei handelt es sich primär um folgende drei:

• Permanenterregte Synchronmotoren
• Fremderregte Synchronmotoren
• Asynchronmotoren

Permanenterregte Synchronmotoren (PSM)

Bei permanenterregten Synchronmotoren verfügt der Rotor über eigene Magneten, die permanent ein Magnetfeld generieren. PSM können hinsichtlich Leistung und Effizienz punkten und weisen unter den Elektromotoren in Autos den höchsten Wirkungsgrad auf. Das heißt, dass sie bei gleicher Energiemenge auf größere Reichweiten kommen. Außerdem sind sie kleiner. Mittlerweile kommen diese Motoren aufgrund ihrer Vorteile bei den meisten E-Autos zur Anwendung.

Fremderregte Synchronmotoren (FSM)

Fremderregte Synchronmotoren verfügen über einen Rotor, dessen Magnetfeld nur temporär durch Strom erzeugt wird. Diese Technologie ist deutlich günstiger als PSM. Sie kommt daher oft in preisgünstigen oder nicht auf Leistung ausgerichteten E-Autos zum Einsatz.

Asynchronmotoren (ASM)

Die Magnetfelder von Rotor und Strator bewegen sich bei PSM und FSM im gleichen Takt, also synchron. Beim Asynchronmotor ist dies nicht der Fall. Dadurch fällt das Gesamtkonzept des ASM etwas einfacher aus. Darüber hinaus ist er weniger effizient und zudem schwerer. Unter den Auto-Elektromotoren verfügt der ASM über den kleinsten Wirkungsgrad.

Der Vorteil beim ASM jedoch ist, dass er sich jederzeit komplett deaktivieren lässt. Der Motor wirkt dann wie ein Dynamo und verbraucht keine Energie. Das Auto fährt dennoch weiter. Dadurch eignet sich der ASM insbesondere für Langstrecken.

So effizient sind Elektromotoren in Autos

Der Wirkungsgrad von Elektroautos ist grundsätzlich höher als der von Verbrennern. Das heißt: Sie sind viel effizienter und nutzen bedeutend mehr der ihnen zugefügten Energie. Während also der Wirkungsgrad eines Benziners nur bei etwa 20 Prozent liegt, klettert der Wirkungsgrad bei Elektroautos auf etwa 80 Prozent.

Fazit: Elektromotoren sind auf dem Vormarsch

Autos mit Elektromotoren erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Laut Statista sind im Februar 2023 in Österreich 17.895 mehr reine E-Autos zugelassen worden als im Vorjahr. Da also das Interesse an Elektromobilität stetig wächst und sich E-Autos – nicht zuletzt dank dem hohen Wirkungsgrad ihrer Motoren – als zukunftstauglich erweisen, ist es sinnvoll, ein Verständnis über Funktionsweise und Aufbau von Elektromotoren zu entwickeln.