Elektromotoren mögen auf den ersten Blick simpel erscheinen. Doch hinter der Technik stecken feine Unterschiede, die große Auswirkungen haben können.
Ein paar Magnete, etwas Kupfer und eine Welle zur Kraftübertragung: Verglichen mit einem modernen Diesel oder Benziner ist der Aufbau eines Elektromotors ziemlich simpel. Im Prinzip arbeiten die Maschinen im E-Auto alle mit ähnlicher Technik und meist nur einem Gang. Im Detail gibt es aber ein paar Unterschiede.
Drei Unterarten von E-Maschinen haben sich heute im Pkw durchgesetzt. So gut wie alle arbeiten mit Wechselstrom beziehungsweise Drehstrom. Allen gemein ist außerdem der grundsätzliche Aufbau aus einem feststehenden magnetischen Stator und einem sich bewegenden Rotor (oder „Läufer“). Damit dieser sich dreht, muss er über ein Magnetfeld verfügen, das vom Magnetfeld des Stators angezogen wird. Kurz bevor sie sich treffen, wandert das Feld des Stators weiter und zwingt den Rotor dazu, sich ebenfalls weiterzubewegen.
Permanenterregt vs. fremderregt: So unterscheiden sich die Synchronmotoren
Am häufigsten übernimmt aktuell der sogenannte permanenterregte Synchronmotor (PSM) die Antriebsarbeit im Elektroauto. „Permanent“, weil der Rotor über eigene Magneten verfügt, die ein permanentes Magnetfeld erzeugen. Das ist bei der fremderregten Variante (FSM) nicht der Fall. Dort wird das Magnetfeld temporär durch Strom erzeugt – also durch einen Elektromagnet. Der große Vorteil: Bei der Herstellung kann man auf Seltene Erden verzichten, die tendenziell teuer sind und vor allem aus China bezogen werden müssen. Gerade letzteres macht ihn für europäische Hersteller zunehmend attraktiv.
Motoren mit den teureren Permanentmagneten haben allerdings in Sachen Effizienz und Leistungsdichte meist noch Vorteile. Das macht sie trotz der höheren Kosten interessant, ermöglichen sie doch bei gleicher Batteriekapazität größere Reichweiten. Zudem benötigen sie vergleichsweise wenig Bauraum. Daher sind PSM in nahezu allen Hybridautos zu finden, die unter ihrer engen Haube ja auch noch einen Verbrennungsmotor unterbringen müssen.
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Asynchronmotor: Robust, aber weniger effizient
Neben den beiden Arten von Synchronmotoren gibt es noch eine dritte Variante der E-Maschine: die asynchrone. Während bei den Synchronmotoren die Magnetfelder von Strator und Rotor im gleichen Takt laufen, hinkt der Rotor beim Asynchronmotor (ASM) leicht hinterher. Das sehr robuste Gesamtkonzept kommt ohne aufwendige Regelung und teure Permanentmagnete aus. Im Gegenzug mangelt es dem ASM jedoch an Effizienz. Zudem ist er vergleichsweise schwer und laut. Aber er hat einen großen Vorteil: Er lässt sich jederzeit deaktivieren. Wird der Strom abgeschaltet, läuft er im Freilauf mit und verbraucht dabei keine Energie. Das ist vor allem auf der Autobahn interessant, wo gleichmäßige Geschwindigkeiten gefahren werden.
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Der ASM spielt daher vor allem bei teuren E-Mobilen für die Langstrecke eine wichtige Rolle, mittlerweile auch in Kombination mit dem vor allem abseits des Highways effizienteren PSM. Ganz so einförmig, wie es auf den ersten Blick aussieht, ist die Elektromotorentechnik also nicht. Und auch für die Zukunft dürfte es noch größere Entwicklungsschritte geben, vor allem bei den Kosten. (Holger Holzer/SP-X )
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