Elektromotor in Hybridfahrzeugen
Bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb wird ein Verbrennungsmotor mit einem oder mehreren Elektromotoren kombiniert. Im Elektromotor wird elektrische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt und für den Vortrieb genutzt.
Verschiedene Arten von Elektromotoren
Grundsätzlich werden die folgenden Motorarten unterschieden:
- Gleichstrommotoren
- Drehstrommotoren
- Asynchronmotoren
- Synchronmotoren
In modernen Elektrofahrzeugen kommen heute nahezu ausschließlich Drehstrommotoren zum Einsatz.
Funktionsweise von Elektromotoren
Sowohl im Gleichstrommotor als auch im Drehstrommotor entsteht das Drehmoment durch die Anziehungskraft zweier Magnetfelder. Eines dieser Magnetfelder wird dabei elektromagnetisch erzeugt. Ein Magnet steht räumlich fest und wird als „Stator“ oder „Ständer“ bezeichnet. Der andere ist drehbar gelagert und wird als „Rotor“ oder „Läufer“ bezeichnet. Es können auch beide Magnete elektromagnetisch erzeugt werden. Zum Beispiel kann durch eine sogenannte Erregerwicklung (spezielle Spulen/Drahtwicklungen, die ein magnetisches Feld erzeugen, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflossen werden) der Rotor magnetisiert werden.
Gleichstrommotor:
Beim Gleichstrommotor ziehen sich Nordpol und Südpol von Stator und Rotor jeweils an, sodass sich der Motor dreht. Durch Umpolung wird die Drehbewegung fortgesetzt, indem sich die Nord- und Südpole abstoßen. Eine halbe Umdrehung später wird erneut umgepolt, der Vorgang wiederholt sich erneut. Die Nachteile des Gleichstrommotors sind: Die Drehzahl, Leistungsdichte und Wirkungsgrad sind geringer als beim Drehstrommotor. Zudem ist der Wartungsaufwand der Bürsten recht hoch.
Drehstrommotor:
Beim Drehstrommotor werden mindestens drei Elektromagnet-Spulen um 120° versetzt angeordnet. Werden diese drei Spulen mit jeweils einer sogenannten Leiterspannungsphase des Drehstromsystems gespeist, dann wird in jeder Spule ein Magnetfeld erzeugt, dessen zeitlicher Ablauf um eine Drittelperiode versetzt ist. Aus den einzelnen Spulenmagnetfeldern ergibt sich ein drehendes Magnetfeld. Wird im Zentrum dieses Magnetfelds ein drehbar gelagerter Magnet (der Rotor) angebracht, versetzt das Drehfeld den Magneten in eine Drehbewegung. Der Drehstrommotor kann sowohl als Synchron- als auch als Asynchronmotor ausgeführt werden.
Unterschied Synchron- und Asynchronmotor
Der Unterschied zwischen Synchron- und Asynchronmotoren liegt in der Arbeitsweise des Rotors. Beim Asynchron-Motor folgt der Rotor dem Statordrehfeld zeitverzögert, also asynchron. Beim Synchronmotor folgt der Rotor der vorgegebenen Frequenz und dem magnetischen Drehfeld im Stator synchron.
Vorteile von Elektromotoren
Weil Elektromotoren einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich abdecken, sind sie zumindest in dieser Hinsicht nahezu ideale Fahrzeugmotoren. Aus diesem Grund kann bei den meisten Elektromotoren in E-Autos auch auf ein mehrgängiges oder ein Schaltgetriebe verzichtet werden. Zudem verfügen sie über einen hohen Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von zugeführter Energie zur Energie, die für den Vortrieb zur Verfügung steht. Elektromotoren kommen auf einen Wirkungsgrad von etwa 80 bis 90 Prozent, Benzinmotoren auf rund 33 Prozent, Dieselmotoren auf ca. 45 Prozent. Außerdem stellen Elektromotoren schon im Stillstand ihr maximales Drehmoment bereit und arbeiten extrem leise. Weitere Vorteile sind ihre kompakte, einfache Bauweise, ihr geringes Gewicht und ein geringerer Wartungsaufwand, sowie die Möglichkeit, dass der Motor in der Verzögerungsphase als Generator genutzt werden kann.
Umweltschutz
Dadurch, dass Elektromotoren zumindest lokal keine Emissionen erzeugen, gelten sie im Vergleich zu Verbrennungsmotoren als umweltfreundlicher. Allerdings können bei der Produktion von elektrischem Strom auch Schadstoffe entstehen. Die beste Ökobilanz ergibt sich, wenn auf Strom aus 100% regenerativer Erzeugung gesetzt wird.