Die 4 Haupttypen von Elektromotoren in E-Fahrzeugen: Mein einfacher Leitfaden

Elektrofahrzeuge sind so leise und schnell. Sie scheinen mir auch sehr einfach zu sein. Die Art des Motors in einem Elektrofahrzeug ist wie das Herz des Autos. Er beeinflusst das Fahrverhalten, die Reichweite und sogar den Preis des Fahrzeugs. Ich habe viele Stunden damit verbracht, diese Motoren zu studieren. Jetzt möchte ich Ihnen mitteilen, was ich gelernt habe. In diesem Artikel werden die vier wichtigsten Arten von Elektromotoren in Elektrofahrzeugen erklärt. Sie werden herausfinden, was das Besondere an jedem einzelnen ist. Nach der Lektüre werden Sie Ihr Elektrofahrzeug viel besser verstehen.

Was ist ein Elektromotor und warum ist er für ein Fahrzeug wichtig?

Beginnen wir mit den einfachen Fakten. Ein Elektromotor ist ein Gerät. Er nutzt Elektrizität, um Bewegung zu erzeugen. In einem Elektrofahrzeug sorgt diese Bewegung dafür, dass sich die Räder drehen. Er tritt an die Stelle des Verbrennungsmotors, den man in Autos mit Gasantrieb findet. Ein Elektromotor ist anders als ein Gasmotor. Er gibt Ihnen sofortiges Drehmoment. Das heißt, sobald Sie auf das Pedal treten, beschleunigt das Auto sofort.

Die Art des Motors in einem Elektrofahrzeug ist sehr wichtig. Die Art und Weise, wie der Motor konstruiert ist, verändert die Effizienz des Fahrzeugs. Sie verändert auch die Leistung und das Gewicht des Fahrzeugs. Manche Motoren sind sehr leistungsfähig. Andere Motoren sind so konstruiert, dass sie sehr effizient sind. Dadurch kann das Fahrzeug mit einer Batterieladung eine längere Strecke zurücklegen. Die Art des Motors, die Sie wählen, beeinflusst das Fahrgefühl. Wenn Sie die verschiedenen Arten von Elektromotoren kennen, wissen Sie, warum sich ein Fahrzeug so anders anfühlen kann als ein anderes. Der Motor ist der Hauptbestandteil des Systems, das das Auto vorwärts bewegt.

Werden bürstenbehaftete Gleichstrommotoren noch in Elektrofahrzeugen eingesetzt?

Vor langer Zeit habe ich mal mit Elektronik gespielt. Damals lernte ich den einfachen bürstenbehafteten Gleichstrommotor kennen. Dies ist eine sehr alte Art von Elektromotor. Er funktioniert mit einem Teil, das Bürste genannt wird. Die Bürste überträgt Strom auf den Rotor, und der Rotor ist der Teil, der sich dreht. Der Rotor hat Drahtspulen, die Wicklungen genannt werden. Wenn Strom durch diese Wicklungen fließt, erzeugt er ein Magnetfeld. Dieses Feld drückt gegen den Stator, den Teil, der sich nicht bewegt. Durch diesen Druck dreht sich der Rotor. Ein Teil namens Kommutator hilft dem Rotor, sich weiter zu drehen.

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sind einfach, und es ist leicht, ihre Geschwindigkeit zu steuern. Aber sie haben ein großes Problem. Die Bürste nutzt sich mit der Zeit ab. Das bedeutet, dass man sie reparieren oder ersetzen muss. Aus diesem Grund werden Sie diesen Gleichstrommotor nicht in neuen Elektrofahrzeugen großer Automobilhersteller finden. Sie werden manchmal in kleineren, selbst gebauten Elektrofahrzeugen oder sehr leichten Elektrofahrzeugen verwendet, weil sie nicht teuer sind. Aber für ein normal großes Auto sind sie wegen ihrer begrenzten Geschwindigkeit und der Notwendigkeit von Reparaturen keine gute Wahl.

Warum ist der bürstenlose DC-Motor eine gute Wahl?

Der bürstenlose Gleichstrommotor (oder BLDC-Motor) ist viel besser als ein Motor mit Bürsten. Wie der Name schon sagt, hat dieser Motor keine Bürsten. Er nutzt intelligente Elektronik, um die Richtung des Magnetfelds im Stator zu ändern. Dadurch hält der Motor länger und verbraucht weniger Energie. Ich habe festgestellt, dass diese Motoren eine sehr gute Wahl sind. Sie müssen weniger repariert werden, weil sie keine Teile haben, die sich leicht abnutzen. Dieses bürstenlose Design ist ein wichtiges Merkmal.

BLDC-Motoren haben eine hohe Leistungsdichte. Das bedeutet, dass sie eine große Leistung erzeugen können, aber trotzdem klein und leicht sind. Sie bieten eine gute Drehkraft (Drehmoment) und verbrauchen nicht viel Energie. Diese bürstenlosen Gleichstrommotoren sind in kleineren Elektrofahrzeugen wie Motorrollern, E-Bikes und einigen Kleinwagen zu finden. Ihre Eigenschaften machen sie zu einer guten Wahl für viele Anwendungen. Diese bldc-Motoren sind dafür bekannt, dass sie gut funktionieren und sind ein beliebter Motortyp für viele Dinge.

Wie funktioniert der AC-Induktionsmotor?

Der AC-Induktionsmotor ist sehr stark und zuverlässig. Ich war erstaunt zu erfahren, dass Nikola Tesla diesen Motortyp vor mehr als einem Jahrhundert erfunden hat. Ein Induktionsmotor ist etwas Besonderes. Er hat keinen Permanentmagneten auf seinem Rotor. Stattdessen nutzt er ein sich drehendes Magnetfeld im Stator. Dieses Feld erzeugt einen elektrischen Strom im Rotor. Dieser Strom erzeugt ein zweites Magnetfeld. Wenn die beiden Magnetfelder zusammenwirken, bringen sie den Rotor zum Drehen.

Diese Art von Motor ist dafür bekannt, dass er sehr robust und langlebig ist. Außerdem ist er billig in der Herstellung. Da er keine Magnete verwendet, muss sich das Unternehmen keine Gedanken über die hohen Kosten für spezielle Materialien machen. Das bekannte Tesla Model S verwendete einen Induktionsmotor, als es auf den Markt kam. Diese Wechselstrom-Induktionsmotoren sind sehr stark und können ein hohes Drehmoment erzeugen. Allerdings können sie im Vergleich zu anderen Motortypen bei niedrigen Drehzahlen etwas mehr Energie verschwenden. Das einfache Design von Rotor und Stator bedeutet, dass sie für eine lange Lebensdauer ausgelegt sind.

Was macht Permanentmagnet-Synchronmotoren so beliebt?

Heutzutage haben die meisten neuen Elektrofahrzeuge Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM). Meiner Meinung nach ist dies derzeit die beste Technologie, um ein Elektrofahrzeug voranzubringen. Dieser Synchronmotor hat starke Dauermagnete auf seinem Rotor. Der Stator erzeugt ein sich drehendes Magnetfeld. Der Dauermagnet des Rotors folgt diesem Feld. Er dreht sich mit genau der gleichen Geschwindigkeit. Deshalb nennen wir ihn einen Synchronmotor.

PMSMs sind vor allem deshalb so beliebt, weil sie sehr effizient sind und eine hohe Leistungsdichte haben. Der Rotor hat durch seinen Permanentmagneten bereits ein Magnetfeld. Der Motor muss also nicht mehr Strom verbrauchen, um ein solches zu erzeugen. Dadurch kann der Motor sehr gut Energie sparen. Das bedeutet, dass das Fahrzeug eine längere Strecke zurücklegen kann. Die pmsm-Motoren haben auch eine erstaunliche Drehmomentdichte. Das verleiht dem Fahrzeug eine sehr gute Leistung. Viele beliebte Elektrofahrzeuge von Marken wie Chevrolet, Hyundai und sogar die neuen Tesla-Modelle verwenden Permanentmagnet-Synchronmotoren.

Ist der geschaltete Reluktanzmotor eine Option für die Zukunft?

Der geschaltete Reluktanzmotor (SRM) ist eine sehr interessante Wahl. Ich betrachte ihn als eine weniger bekannte Option für Elektrofahrzeuge. Wie ein Induktionsmotor hat ein geschalteter Reluktanzmotor keine Permanentmagnete. Der Rotor ist nur ein einfaches Stück Stahl, das Erhebungen wie Zähne hat. Der Stator hat Wicklungen. Ein Computer sendet zum richtigen Zeitpunkt kleine Stromstöße an bestimmte Wicklungen. Dadurch werden die Zähne des Rotors an den unter Strom stehenden Teil des Stators gezogen. Durch diese Aktion dreht sich der Rotor.

Das Beste an einer SRM ist, dass sie sehr billig und robust gebaut ist. Der Rotor hat keine Wicklungen oder Permanentmagnete, was ihn billig und robust macht. Aber sie haben auch einige Probleme. SRMs können ein Problem mit ungleichmäßigem Drehmoment haben. Das kann dazu führen, dass sie wackeln oder viel Lärm machen. Damit sie reibungslos laufen, braucht man eine sehr intelligente und komplexe Leistungselektronik. Einige Unternehmen befassen sich mit dem geschalteten Reluktanzmotor für Autos, aber wegen der Geräuschentwicklung und der schwierigen Steuerung ist er heute in Elektrofahrzeugen nicht üblich. Die Konstruktion des SRM ist einfach, aber die Steuerung ist es nicht.

Wie lassen sich die verschiedenen Motortypen in E-Fahrzeugen vergleichen?

Es ist hilfreich, die verschiedenen Arten von Motoren nebeneinander zu betrachten. Jeder Motortyp hat gute und schlechte Seiten. Ein Autohersteller muss die Kosten, die Leistung und die Effizienz berücksichtigen. Sie müssen ein gutes Gleichgewicht finden, wenn sie einen Motor für ein neues Elektrofahrzeug auswählen. Die Wahl des Motortyps ist sehr wichtig für das Fahrzeug.

Hier ist eine einfache Tabelle zum Vergleich der vier wichtigsten Elektromotoren, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden:

Wie Sie sehen können, liefert der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) die besten Ergebnisse bei der Energieeinsparung und der Leistungsabgabe. Allerdings ist er wegen der teuren Materialien für den Permanentmagneten auch teurer. Der AC-Induktionsmotor bietet eine gute Mischung aus solider Leistung und einem niedrigeren Preis.

Welcher Motortyp wird in berühmten Elektrofahrzeugen verwendet?

Es ist immer interessant zu sehen, was die großen Autohersteller tun. Wenn man sich ansieht, welche Motoren sie in ihren Elektrofahrzeugen verwenden, erfährt man viel über die Technologie.

• Tesla Model S/X (frühe Modelle): Es wurde hauptsächlich ein AC-Induktionsmotor verwendet. Ich fand das interessant, weil es zeigte, wie leistungsstark und zuverlässig der Motor war.
• Tesla Model 3/Y: Verwendung von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM). Diese Änderung zeigt, dass sie den besten Wirkungsgrad und die längste Fahrstrecke erreichen wollten.
• Chevrolet Bolt EV: Bei diesem beliebten Elektrofahrzeug wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) verwendet, da er im Verhältnis zu seiner Größe eine hohe Leistung hat und sehr effizient ist.
• Nissan Leaf: Verwendet auch einen Synchronmotor.
• Toyota Prius (Hybrid): Verwendet eine Art Permanentmagnetmotor zur Unterstützung des Gasmotors.
• BMW i3: Auch bei diesem Fahrzeug kommt ein spezieller Synchronmotor zum Einsatz.

Ich stelle fest, dass immer mehr Unternehmen Permanentmagnetmotoren (PMSM) verwenden. Sie tun dies, weil diese Motoren eine bessere Leistung erbringen, vor allem, weil die Unternehmen hart daran arbeiten, die größtmögliche Fahrstrecke aus ihren Batterien herauszuholen. Das hohe Drehmoment der PMSM-Motoren verleiht den Fahrzeugen von Anfang an eine hohe Geschwindigkeit.

Was ist der beste Motortyp für ein Elektrofahrzeug?

Diese Frage wird mir oft gestellt. Und die richtige Antwort lautet: Es gibt nicht den einen "besten" Motor für alles. Die beste Art von Motor hängt vom Hauptziel des Fahrzeugs ab. Wenn ein Unternehmen ein einfaches Elektrofahrzeug bauen möchte, das nicht viel kostet, wird es vielleicht einen Induktionsmotor oder später einen Elektromotor in Erwägung ziehen. Die geringeren Kosten eines Induktionsmotors können die Anschaffung des gesamten Fahrzeugs billiger machen.

Wenn es aber darum geht, ein Auto zu bauen, das die weiteste Strecke zurücklegen und am schnellsten beschleunigen kann, dann sind Permanentmagnet-Synchronmotoren (pmsms) derzeit die erste Wahl. Die hohe Leistungsdichte eines PMSM bedeutet, dass man mit einem kleineren und leichteren Elektromotor mehr Leistung erzielen kann. Dadurch wird das gesamte Fahrzeug leichter und spart besser Energie. Der "beste" Motor ist also ein Gleichgewicht zwischen dem Preis, der Leistung und der Energieeinsparung für ein bestimmtes Elektrofahrzeug. Die Motoren nutzen unterschiedliche Technologien, um das Auto in Bewegung zu setzen.

Wie sieht die Zukunft der Elektromotoren aus?

Wenn ich an die Zukunft denke, sehe ich viele aufregende neue Ideen für die Elektromotorentechnik. Das Hauptproblem bei den gängigen Permanentmagnetmotoren ist, dass sie spezielle Materialien, so genannte Seltenerdmetalle, für den Permanentmagneten benötigen. Diese Materialien können eine Menge Geld kosten. Es kann auch schwierig sein, sie zu bekommen. Aus diesem Grund entwickeln viele Unternehmen neue Motorkonstruktionen. Diese Designs verwenden weniger oder gar keine Magnete. Sie versuchen aber trotzdem, den hohen Wirkungsgrad und die hohe Leistung eines PMSM zu erhalten.

Möglicherweise werden wir auch bessere Versionen des geschalteten Reluktanzmotors (srm) sehen. Sie könnten bessere Steuersysteme haben, die sie leiser und sanfter machen. Möglicherweise werden wir auch neue Arten von Synchronmotoren sehen, die keine teuren Magneten benötigen, um zu funktionieren. Das Hauptziel ändert sich nie. Es besteht darin, den Elektromotor kleiner, weniger schwer, billiger und energiesparender zu machen. Wenn die Batterien besser werden, werden auch die Motoren besser werden. Dadurch werden die Elektrofahrzeuge der Zukunft noch besser sein als die, die wir heute fahren. Die Motoren sind ein sehr wichtiger Teil dieses Wandels.

Die wichtigsten Punkte zur Erinnerung

• Der Elektromotor ist so etwas wie das Herzstück eines Elektroautos. Es nutzt Elektrizität, um Bewegungen zu erzeugen, und bestimmt, wie sich das Auto fährt.
• Es gibt vier Hauptarten von Elektromotoren: Bürstenloser Gleichstrom (BLDC), Wechselstrom-Induktion, Permanentmagnet-Synchronantrieb (PMSM) und geschalteter Reluktanzantrieb (SRM).
• Gebürstete DC-Motoren sind eine alte Technologie. Sie werden in den neuen Elektroautos, die Sie heute kaufen können, nicht verwendet.
• AC-Induktionsmotoren sind robust, zuverlässig und kosten nicht viel in der Herstellung. Tesla war berühmt dafür, sie zu verwenden.
• Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) sind im Moment die häufigste Wahl. Sie sind die beste Wahl, wenn es darum geht, Energie zu sparen und eine Menge Leistung für ihre Größe zu liefern. Dadurch hat das Auto eine längere Fahrstrecke und eine bessere Leistung.
• Der "beste" Motor ist für jedes Auto anders. Es ist ein Gleichgewicht zwischen dem Preis, der Leistung und der Energieeinsparung.