Elektrischer Antrieb – der Elektromotor

titelbild_elektromotorDer Elektromotor dient dem Antrieb in einem Elektrofahrzeug. Dabei wandelt dieser die elektrische in eine mechanische Energie um. Die Anforderungen an die Elektromotoren gleichen denen der Verbrennungsmotoren. Sie sollen einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und eine hohe massen- und volumenbezogene Leistung erbringen. Zusätzlich sollen die Elektromotoren möglichst unaufwendig und kostengünstig in der Herstellung sein.

Für den Einsatz im Fahrzeug stehen folgende Elektromotoren zu Verfügung:

  • Gleichstrommotoren:
    • Gleichstromreihenschlussmotoren
    • Gleichstromnebenschlussmotoren
  • Drehstrommotoren:
    • Asynchronmotoren
    • Synchronmotoren:
      • Permanent erregte Synchronmotoren
      • Fremderregte Synchronmotoren
  • Spezialmotoren:
    • Bürstenlose Gleichstrommotoren (DC-Brushless-Motors)
    • Transversalflussmotoren
    • Geschaltete Reluktanzmotoren (Switched Reluctance Motors)

Das Funktionsprinzip aller Elektromotoren beruht auf Basis elektromagnetischer Felder, die elektrisch generiert werden und durch Induktion magnetische Kräfte verursachen. Dabei kann das Magnetfeld in der gleichen Lage bleiben (Gleichstrommotor) oder sich drehen (Drehstrommotor). Die Gleichstrommotoren sind durch ihr Funktionsprinzip auf Drehzahlen von 7.000 Umdrehungen pro Minute begrenzt. Die Drehstromasynchronmotoren erreichen hingegen Drehzahlen bis 14.000 Umdrehungen pro Minute und sind zudem relativ unaufwendig und kostengünstig herzustellen. Der Vorteil der Synchron- und Reluktanzmotoren ist der relativ höhere Wirkungsgrad. Die folgende Tabelle stellt einen Vergleich verschiedener Elektromotoren für Elektrofahrzeuge und deren Bewertung nach ausgewählten Kriterien dar.

Elektromotoren für Elektrofahrzeuge im Vergleich

Der Elektromotor weist mehrere Vorteile gegenüber einem Verbrennungsmotor auf. Er arbeitet sehr reibungsarm, wodurch auch wenig Abwärme entsteht. Der Wirkungsgrad ist mit 80 bis 90 Prozent je nach Drehzahl und Lastzustand gegenüber den konventionellen Verbrennungsmotoren mit ca. 30 Prozent (Benzin) und 40 Prozent (Diesel) besonders hoch. Weiterhin besitzt der Elektromotor eine besonders gute Drehmomentcharakteristik, so liegt bereits ab der ersten Drehzahl annähernd das maximal erreichbare Drehmoment vor. Mit solcher Drehmomentcharakteristik entfällt die Notwendigkeit eines Getriebes und einer Kupplung, wodurch die technische Komplexität des Antriebes in einem Elektrofahrzeug abnimmt. Zusätzlich ist die Integration eines Elektromotors direkt in die Radnabe möglich. Durch so genannte Radnabemotoren eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Automobilhersteller nicht nur in der Raumgestaltung der Fahrzeuge, sondern auch bezüglich der Sicherheit und der Fahrdynamik.

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Buchempfehlungen:

3 Gedanken zu „Elektrischer Antrieb – der Elektromotor

  1. Steffen Winkler

    Zum Buch: Moderne Stromrichterantriebe

    Das Fachbuch „Moderne Stromrichterantriebe“ von Prof. Brosch kann man als eines der Standardwerke in diesem Themengebiet bezeichnen. Da mich in Studium und Berufsleben sowohl elektrische Maschinen als auch Leistungselektronik in Kombination begleitet haben, gehörte dieses Werk für mich schon immer zur Standardlektüre.
    Die neue 5. Auflage orientiert sich konsequent an den aktuellen Entwicklungen am Markt und enthält deshalb zusätzlich die Themenfelder Motion Control und Mechatronik. Außerdem werden die elektrische Maschine und die dazu gehörige Leistungselektronik praxisgerecht als Antriebssystem behandelt.
    Für Studium und Praxis absolut empfehlenswert!

    Steffen Winkler
    Bosch Rexroth AG

  2. Prof. Brosch

    Interessante Alternative

    Synchron-Reluktanzmotor
    Der Synchron-Reluktanzmotor hat einen Standard-Drehstrom-Stator mit verteilter Wicklung. Der Läufer ist wicklungslos und ohne Magnete. Die Drehmomententwicklung basiert auf den unterschiedlichen Induktivitäten in d- und q-Richtung. Dafür sorgen optimierte Flussleitstrecken in d-Richtung und Flussperren in q-Richtung. Wird der Läufer aus der energetisch optimalen Richtung des Drehfeldes ausgelenkt, entsteht das rückdrehende Moment.
    Der Motor arbeitet immer an einem Frequenzumrichter. Sowohl das Verfahren der feldorientierten Regelung als auch die direkte Selbstregelung können eingesetzt werden.
    Von der Industrie werden Antriebspakete von 0,75 bis 350 kW 4polig angeboten.

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