Elektroauto: Motor, Funktionsweise, synchron, asynchron, Stator, Rotor
Viel Schub ohne Hub: So funktioniert ein Elektromotor
Alle neuen E-Autos im Überblick
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Elektromotoren in modernen E-Autos funktionieren im Prinzip wie vor über 100 Jahren. Im Detail hat sich aber allerhand Spannendes getan. Wir klären auf.
Anders als beim Verbrenner ist das beim Elektroauto mit dem Motor nicht so einfach. Manchmal ist er vorn, manchmal hinten, manchmal beides. Also zwei Motoren. Oder drei. Kompliziert! Dazu arbeiten die Maschinen stets im Verborgenen. Läuft alles gut, bekommt man so ein Teil nie zu Gesicht (Kostenvergleich E-Auto vs. Verbrenner).
Vorteil E-Motor: Die Teile sind vergleichsweise leicht, haben eine hohe Leistungsdichte. Wäre die Energiedichte der Akkus nicht so mies, wären Stromer federleichte Autos – ein anderes Thema. Zwischen zwei wesentlichen Motortypen können wir bei E-Autos unterscheiden: erstens die sogenannten Asynchronmaschinen (ASM), zweitens die permanenterregten Synchronmaschinen (PSM).
Asynchronmotor am weitesten verbreitet

Der Rotor ist das bewegliche Innenteil des E-Motors. Er wird durch das Spannungsfeld des Stators bewegt.
Bild: Porsche AG
Erstere sind sehr robust, günstig in der Produktion und der am weitesten verbreitete Typ von E-Motoren. Der Rotor des Asynchronmotors dreht sich dabei nicht zeitgleich, sondern etwas langsamer als das elektrische Drehfeld im Stator, also asynchron. Dazu muss der Rotor durch Strom magnetisiert werden, damit der Stator ihn "abstoßen" und in Rotation versetzen kann. Das ist nicht ganz so effizient wie beim permanenterregten Synchronmotor. Dessen Rotor besteht aus hochwertigen Magneten, die quasi von Haus aus magnetisch sind und so keinen zusätzlichen Strom benötigen, daher permanenterregt. Dazu dreht sich der Rotor synchron zum Drehfeld im Stator, deswegen Synchronmotor.
Permanenterregter Synchronmotor effizienter

Die hintere Antriebseinheit des e-tron. Audi setzt beim SUV auf Asynchronmotoren mit Rotorkühlung.
Bild: Olaf Tamm
In Sachen Effizienz und Leistungsdichte führt kein Weg am permanenterregten Synchronmotor vorbei. Zum einen wird keine Energie aus der Batterie an den Rotor verschwendet. Und da der Rotor auch im Betrieb nicht unter Strom steht, entwickelt sich weniger Wärme. Und das bedeutet mehr Leistung, denn je kühler die Sache abläuft, desto besser klappt der Stromfluss in den Kupferspulen, die für das elektrische Drehfeld verantwortlich sind.
Es gibt aber auch ein paar Nachteile. Zum Beispiel stecken in den Permanentmagneten der Rotoren seltene Erden. Die sind nicht nur teuer, sondern auch nicht ganz unproblematisch, was den Abbau angeht. Zudem fördern die seltenen Erden die Rohstoffabhängigkeit, vor allem von China. Und weil sich das Magnetfeld im Rotor nicht abschalten lässt, benötigt man für den Zusammenbau der Motoren teure Fügevorrichtungen, um Rotor und Stator zu verheiraten.
Taycan und e-tron mit unterschiedlichen Bedürfnissen

Permanenterregter Synchronmotor des Porsche Taycan: aufwendige und teurere Technik.
Bild: Olaf Tamm
Beim Porsche Taycan, wo es auf hohe und langanhaltendende Leistungsabgabe bei gleichzeitig möglichst geringem Gewicht und kompakter Bauform ankommt, führt kein Weg am permanenterregten Synchronmotor vorbei. Audi setzt dagegen bei seinem SUV e-tron auf Asynchronmotoren. Im e-tron S stecken gleich zwei davon im Hinterachsmodul. Der Doppel-E-Antrieb mit aufwendiger Wasserkühlung der Rotoren leistet in Summe fast 400 PS. Allerhand, doch zum Vergleich: So viel Leistung generiert bereits der deutlich kompakter bauende Permanentsynchron-Motor des Basis-Taycan. Der ist dem Audi-Duo übrigens auch in Sachen Rekuperationsleistung überlegen.
Prius-Motoren machen aus wenig viel

Toyota verbaut im Prius zwei kleine, leichte permanenterregte Synchronmaschinen.
Bild: Olaf Tamm
Angesichts der überschaubaren Größe sind auch die Leistungswerte der E-Motoren im Vollhybrid Prius (ebenfalls PSM) nicht zu verachten. Auch den größeren der beiden bekommt man noch in eine Hand – nicht schlecht für bis zu 72 PS und 163 Newtonmeter Drehmoment. In einem Punkt ähneln Elektromotoren, ganz gleich welcher Bauart, übrigens den klassischen Verbrennungsmotoren: Größere Motoren bringen auch mehr Drehmoment. Man könnte fast sagen, (Hub-)Raum bleibt durch nichts zu ersetzen (Dies sind die Vor- und Nachteile von E-Autos)
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