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Was Sie über den Motor von Elektroautos wissen sollten

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In der heutigen Autolandschaft sind die Elektroautos als eine zunehmend attraktive und sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Benzinfahrzeugen.

Das Herzstück dieses Übergangs zu einer saubereren Mobilität ist der Elektromotor, der Innovation und technologischen Fortschritt verkörpert. Der Elektromotor ist keineswegs nur ein Ersatz für den Verbrennungsmotor, sondern stellt eine grundlegende Neugestaltung der Art und Weise dar, wie wir Autos entwerfen und nutzen. Um ihre Auswirkungen und ihr Potenzial voll zu erkennen, ist es wichtig, in das Innere des Elektromotors einzutauchen und seine Funktionsweise, Eigenschaften und Vorteile zu verstehen.

In diesem Artikel werden wir uns darauf konzentrieren, alles Wissenswerte über den Motor von Elektroautos im Detail zu untersuchen und seine zentrale Rolle bei der Umgestaltung der Automobilindustrie und beim Aufbau einer nachhaltigeren und vielversprechenderen Zukunft zu beleuchten.

Inhaltsverzeichnis

Woraus besteht der Motor eines Elektroautos?

Ein Motor für ein Elektroauto besteht hauptsächlich aus einem Rotor und einem Stator. Der Rotor ist der bewegliche Teil des Motors und besteht in der Regel aus einem Magnetkern, der von Spulen aus Kupferdraht umgeben ist. 

Der Stator hingegen ist der feste Teil des Motors, der den Rotor umgibt und ebenfalls aus Kupferdrahtspulen besteht, die um den Rotor herum angeordnet sind. 

Um die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Motors zu regulieren, wird ein elektronischer Schalter oder Regler verwendet, der die Menge des Stroms, der den Statorspulen zugeführt wird, einstellt. 

Das Gehäuse, das die äußere Struktur des Motors bildet, beherbergt alle internen Komponenten und schützt den Motor vor äußeren Einflüssen. 

Je nach Kühlungsbedarf können einige Elektromotoren mit Kühlsystemen wie Radiatoren oder Lüftern ausgestattet sein, um die während des Betriebs erzeugte Wärme abzuführen.

Was ist der Unterschied zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor?

Der Unterschied zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor in einem Elektroauto besteht darin, dass der Verbrennungsmotor in einem Elektroauto nicht mit dem Elektromotor verbunden ist. Elektroauto liegt in ihrer Arbeitsweise und der Energiequelle, die sie nutzen.

  • Verbrennungsmotor:

  • Der Verbrennungsmotor wandelt Wärmeenergie in mechanische Energie um.
  • Er funktioniert durch die Verbrennung von Kraftstoff (Benzin oder Diesel) in den Zylindern.
  • Verbrennungsmotoren haben eine maximale Drehzahl, die in der Regel unter 8000 U/min liegt.
  • Sie haben einen hohen Leistungs- und Drehmomentbereich, aber nur in einem kleinen Drehzahlbereich.
  • Sie erzeugen Lärm und Vibrationen, wenn sie in Betrieb sind.
  • Die Wartung ist aufgrund der empfindlichen mechanischen Teile und der Flüssigkeiten (Öl, Kraftstoff), die verwaltet werden müssen, komplexer..


  • Elektrischer Motor:

  • Der Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um und umgekehrt.
  • Er funktioniert durch die elektromagnetische Kraft, die von Magneten erzeugt wird.
  • Es gibt drei Arten von Elektromotoren: Gleichstrom, synchroner Wechselstrom und asynchroner Wechselstrom.
  • Die Elektromotoren können hohe Drehzahlen erreichen, manchmal bis zu 16.000 Umdrehungen pro Minute, und dabei über den gesamten Bereich ein gutes Niveau an Drehmoment und Leistung beibehalten.
  • Sie sind leise, benötigen wenig Wartung und haben weniger empfindliche mechanische Teile.
  • Elektroautos verwenden Gleich- oder Wechselstrommotoren.

Im Wesentlichen nutzt der Verbrennungsmotor die Verbrennung von Kraftstoff, während der Elektromotor mit Elektrizität betrieben wird.

Die Elektroautos bevorzugen Elektromotoren aufgrund ihrer Effizienz, Geräuscharmut und Wartungsfreundlichkeit.

Wie funktioniert ein Elektromotor in einem Elektrofahrzeug?

Ein Elektromotor in einem Elektrofahrzeug funktioniert, indem er die in der Batterie des Fahrzeugs gespeicherte elektrische Energie in mechanische Bewegung umwandelt, um die Räder anzutreiben. Der Elektromotor in einem Elektrofahrzeug funktioniert in den folgenden Schritten:

  1. Elektrische Stromversorgung Strom: Der Strom wird von der Fahrzeugbatterie geliefert. Die Batterie speichert normalerweise Strom in Form von Gleichstrom (DC), kann aber je nach Systemdesign auch zur Speicherung von Wechselstrom (AC) verwendet werden.

  2. Umwandlung in Wechselstrom Wenn die Batterie Strom in Form von Gleichstrom (DC) liefert, wird ein Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler (DC-CA) verwendet, um den Strom in Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Die meisten Elektromotoren verwenden Wechselstrom, um zu funktionieren.

  3. Aktivierung des Motors Sobald die Elektrizität in Wechselstrom umgewandelt wurde, wird sie an den Elektromotor weitergeleitet. Der Motor ist mit Kupferdrahtspulen ausgestattet, die um einen Stator und einen Rotor angeordnet sind, der in der Regel aus Permanentmagneten besteht. Wenn Wechselstrom an die Statorspulen angelegt wird, erzeugt dies ein rotierendes Magnetfeld.

  4. Rotation des Rotors Das rotierende Magnetfeld induziert im Rotor eine magnetische Kraft, die ihn rotieren lässt. Diese Drehbewegung wird über ein geeignetes Übertragungssystem, wie z.B. ein Differential und eine Antriebswelle, auf die Räder des Fahrzeugs übertragen, was das Fahrzeug schließlich nach vorne treibt.

  5. Steuerung von Geschwindigkeit und Drehmoment Elektronische Steuerung: Der Elektromotor kann elektronisch gesteuert werden, um die Drehzahl des Rotors und das erzeugte Drehmoment anzupassen. Dadurch kann die Leistung des Fahrzeugs unter verschiedenen Fahrbedingungen wie Beschleunigung, Bremsen und Reisegeschwindigkeit optimiert werden.

Motor für Elektroautos: Welche Vorteile?

Energieleistung und -effizienz

Motoren für Elektroautos bieten eine Reihe von Vorteilen in Bezug auf Leistung und Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren. Hier sind einige dieser Vorteile :

 

  • Hohe Energieeffizienz Elektromotoren wandeln einen größeren Anteil der elektrischen Energie in Bewegung um als Verbrennungsmotoren, die einen großen Teil der Energie in Form von Wärme abführen.

     

  • Momentanes Drehmoment Elektromotoren erzeugen sofort nach dem Start ein maximales Drehmoment und bieten eine schnelle und flüssige Beschleunigung, ohne dass eine Hochlaufzeit wie bei Verbrennungsmotoren erforderlich ist.

     

  • Schnelle Reaktion: Elektromotoren reagieren schnell auf Befehle, was zu einem besseren Fahrgefühl und einer sofortigen Reaktion des Gaspedals führt.

  • Geringere Wartung Elektrische Motoren haben weniger bewegliche Teile und weniger verschleißanfällige Komponenten als Verbrennungsmotoren, was den Wartungsbedarf und die damit verbundenen Kosten reduziert.

  • Leiser Betrieb Elektromotoren sind viel leiser als Verbrennungsmotoren, was ein ruhigeres Fahrerlebnis ermöglicht und die Lärmbelastung verringert.

  • Keine lokalen Emissionen Dies trägt zur Verbesserung der Luftqualität in städtischen Gebieten und zur Reduzierung des globalenCO2-Fußabdrucks bei, insbesondere wenn sie mit erneuerbaren Energiequellen betrieben werden.

  • Regeneration von Bremsenergie Bremsenergie-Rückgewinnungssysteme wandeln einen Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie um, die in die Batterie zurückgespeist werden kann und dieGesamtreichweite des Fahrzeugs erhöht.

  • Flexibilität beim Design Elektromotoren sind kompakter und können flexibler in einem Fahrzeug angeordnet werden, was den Designern mehr Freiheit bei der Gestaltung innovativer Innenausstattungen und der Optimierung des verfügbaren Raums gibt.


Weniger bewegliche Teile

Mit weniger beweglichen Teilen als Verbrennungsmotoren bieten die Motoren von Elektroautos eine höhere Zuverlässigkeit, einen geringeren Wartungsbedarf, eine einfachere Konstruktion und ein leiseres Fahrerlebnis. 

Durch die Eliminierung der Komplexität von Kolben- und Ventilsystemen profitieren Elektroautos von einer effizienteren und nachhaltigeren Alternative für den Fahrzeugantrieb.

Langlebigkeit der elektrischen Batterie

Die Lebensdauer der Batterie eines Elektrofahrzeugmotors hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Batterietechnologie, der Ladebedingungen, der Fahrgewohnheiten und der Wartung. Moderne Lithium-Ionen-Batterien sind so konzipiert, dass sie bei ordnungsgemäßer Nutzung und Wartung mehrere Jahre halten und häufig durch Garantien von bis zu 8 Jahren oder 160.000 Kilometern abgedeckt sind.

 Hersteller und Fahrer können Praktiken anwenden, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, wie z.B. die Vermeidung wiederholter vollständiger Ladezyklen und die Aufrechterhaltung eines optimalen Ladezustands. 

Im Falle einer Verschlechterung der Batterie können bestimmte Austausch- oder Reparaturoptionen die Nutzungsdauer des Elektrofahrzeugs verlängern.

Was ist zu lesen: Reichweite, Leistung, Batterie: Wie funktioniert ein Elektroauto?

Was sind die verschiedenen Arten von Motoren für Elektroautos?

Gleichstrommotoren

Gleichstrom-Elektromotoren (DC-Motoren) sind elektrische Maschinen, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Sie werden von einer Gleichstromquelle, wie z.B. einer Batterie oder einem Gleichrichter, gespeist. Gleichstrommotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von kleinen elektronischen Geräten bis hin zu großen Elektrofahrzeugen.

Das Funktionsprinzip eines Gleichstrommotors beruht auf der Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und einem stromführenden Leiter. Das Magnetfeld wird von Permanentmagneten oder Elektromagneten erzeugt. 

Der stromführende Leiter ist in der Regel um einen weichen Eisenkern gewickelt. Wenn Strom durch den Leiter fließt, erzeugt er ein Magnetfeld, das mit dem von den Permanentmagneten oder Elektromagneten erzeugten Magnetfeld interagiert. Diese Wechselwirkung erzeugt eine Kraft, die den Rotor des Motors in Drehung versetzt.

Wechselstrommotoren

Neue Entwicklungen in der Leistungselektronik haben die Integration von Wechselstrommotoren in Elektrofahrzeugen erleichtert. Um Asynchron- und Synchronmotoren effizient zu versorgen, muss ein System nun einen Drehstromwechselrichter zwischen der Batterie und dem Motor enthalten. Dieser Wechselrichter muss in der Lage sein, den Strom in beide Richtungen zu schalten, so dass die Maschine beim Abbremsen im Generatormodus betrieben werden kann.

Um diese Motoren zu steuern, müssen zwei Schlüsselparameter reguliert werden: die Spannung und die Frequenz des Wechselstromsignals, das vom Wechselrichter geliefert wird. Um die Frequenz einzustellen, müssen die sechs Schalter mit einer variablen Frequenz gesteuert werden. Was die Spannung betrifft, so muss der Wechselrichter auch eine Pulsweitenmodulationsfunktion (PWM) enthalten, um sie effektiv zu regeln.

Der variable Reluktanzmotor

Dieser Motor basiert auf dem Reluktanzprinzip mit einem Rotor, der nur aus Blechen besteht, und Wicklungen, die sich auf dem Stator befinden. Der Hauptvorteil dieses Motortyps liegt in den geringen Rotorverlusten, dem geringen induzierten Strom und den relativ niedrigen Lagertemperaturen. 

Trotz seiner Attraktivität hinsichtlich der Kosten und der einfachen Herstellung stellt dieser Motor jedoch Herausforderungen dar, insbesondere hinsichtlich der komplexen Steuerung, der nicht-sinusförmigen Ströme, des geringen Luftspalts und der spezifischen Inverterstruktur (4- oder 6-phasig), die für diese Technologie typisch ist. Darüber hinaus müssen Probleme wie der Umgang mit dem erzeugten Lärm und den großen Drehmomentschwankungen bei niedrigen Drehzahlen berücksichtigt werden.

Der Asynchronmotor

Bei diesem Motortyp wird der Stator mit sinusförmigen Dreiphasenströmen versorgt, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld induziert Ströme im Rotor, wodurch sich dieser mit einer Geschwindigkeit dreht, die etwas geringer ist als die des rotierenden Stator-Magnetfelds. Die Drehzahldifferenz zwischen diesen beiden Elementen wird als Schlupf bezeichnet und stellt die Hauptschwäche von Asynchronmotoren dar: Je größer diese Differenz ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad des Motors. 

Dieser Motortyp arbeitet ohne Bürsten und Magnete und ist mit einem Drehzahlsensor ausgestattet. Obwohl die Drehmomentdynamik geringer ist als bei einer Maschine mit Magneten, ist die Steuerung einfacher als bei Synchronmaschinen. Asynchronmotoren haben einen guten Wirkungsgrad bei geringer Last, benötigen aber einen kleinen Luftspalt, was sie für den Einsatz in Radmotoren ungeeignet macht. Sie erzeugen signifikante Verluste bei hohen Drehmomenten und niedrigen Drehzahlen (aufgrund der Magnetisierung des Rotors) und sind tendenziell sperriger und schwerer als Magnetmaschinen.

Der Synchronmotor

Synchronmotoren, die sich durch einen Null-Schlupf auszeichnen, ziehen derzeit die Aufmerksamkeit der Hersteller von Elektrofahrzeugen auf sich, da sie eine höhere Leistung in Bezug auf das Verhältnis von Drehmoment zu Gewicht, Leistungsdichte und Wirkungsgrad bieten. Diese Motoren werden in zwei Hauptkategorien unterteilt: gewickelte Motoren und Permanentmagnetmotoren.

Der gewickelte Synchronmotor verwendet eine Rotorwicklung zur Erzeugung des Magnetfelds und bietet eine ähnliche Drehmomentdichte wie Asynchronmotoren. Die Steuerung ist einfacher als bei Permanentmagnetmotoren, da das Rotorfeld über einen elektronischen Regler mit geringer Leistung und Bürsten, die den Strom zum Rotor leiten, geregelt wird. Obwohl er niedrige Teillastverluste und einen guten Wirkungsgrad bei hoher Last aufweist, benötigt er mehr Platz und bietet eine geringere Drehmomentdynamik als Magnetmotoren.

Im Gegensatz dazu benötigen Permanentmagnet-Synchronmotoren keine Rotorwicklung, was sie leichter und frei von Jouleverlusten am Rotor macht, da die Verluste am Stator leichter abgeführt werden können. Diese Motoren bieten ein maximales Massenmoment für Radialflussmaschinen, eine hohe Drehmomentdynamik und eine sehr schnelle Reaktionszeit. 

Allerdings ist ihre Steuerung mit sinusförmigen Strömen und einem Positionssensor komplexer und sie weisen erhebliche Verluste bei Teillast und hohen Drehzahlen auf. Ihre Kosten sind aufgrund der NdFeB-Magnete, die etwa 30% der Gesamtherstellungskosten ausmachen, ebenfalls höher.

Vergleichstabelle der verschiedenen Arten von Elektromotoren

Gleichstrommaschine Gewickelte Synchronmaschine Magnetmaschine Reluktanzmaschine Asynchrone Maschine
Kompaktheit - + ++ + -
Verluste bei niedriger Geschwindigkeit - + ++ + -
Verluste bei hoher Geschwindigkeit + ++ - ++ ++
Akustik + + + - +
Zuverlässigkeit - + ++ ++ ++
Industrielle Reife für den Fahrzeugantrieb ++ + ++ - +
Einfache Herstellung - - + ++ ++
Kosten - + - ++ ++

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Elektromotoren die Automobilmobilität aufgrund ihrer Effizienz, ihrer Nachhaltigkeit und ihrer geringeren Umweltbelastung revolutionieren. 

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Imane BENSALAH
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