Elektromotor Auto: Aufbau & Arten So funktioniert der E-Motor

Elektromotor ist nicht gleich Elektromotor – wir bringen Licht ins Dunkel, indem wir die Arten erklären und Begriffe wie "synchron" oder "permanenterregt" einordnen.

Physikalisch betrachtet ist ein Elektromotor eine Maschine, die elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandelt. Im Falle eines Autos stammt die elektrische Energie dabei üblicherweise aus einem Lithium-Ionen-Akku. Die Bewegungsenergie wird an die Räder weitergegeben, um für Vortrieb zu sorgen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Arten des Elektromotors: dem Gleichstrommotor und dem Wechselstrommotor. Der Gleichstrommotor spielt auf dem Automobilmarkt jedoch keine Rolle – zwar können Batterien ausschließlich Gleichstrom speichern, durch die technische Überlegenheit des Wechselstrommotors lohnt es sich jedoch, die Ladung der Batterie zur Weiterverwendung im Auto umzuwandeln.

Während Gleichstrom dem Namen entsprechend gleichmäßig vom einem zum anderen Pol fließt, ändert der Wechselstrom ständig seine Polung (im Falle des deutschen Haushaltsstromnetzes beispielsweise mit 50 Hertz, also 50 Mal pro Sekunde). Die in aktuellen Autos häufigste Art des Wechselstrommotors ist die Synchronmaschine, die über einen runden feststehenden Teil (Stator) verfügt, an dem sich mehrere Magnetfelder ständig im Kreis drehen. Im Innern des Stators ist ein Rotor mit eigenem Magnetfeld angebracht, der durch die Bewegung der äußeren Magnetfelder in Drehung versetzt wird. Diese Drehung gibt der Elektromotor schließlich an die Räder weiter. Auch interessant: Unsere Produkttipps auf Amazon

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Elektromotor: Permanenterregte und fremderregte Synchronmaschinen

Bei Synchronmaschinen gibt es zwei Arten, auf die das Magnetfeld im Rotor entstehen kann. Die eine sind Permanentmagneten am Rotor, die auf die sich verändernden Magnetfelder im Stator mit Drehung reagieren. Bei dieser aktuell verbreiteteren Art des Elektromotors spricht man von einer permanenterregten Synchronmaschine. Verwendet wird sie beispielsweise bei den Elektroautos aus dem VW-Konzern oder dem Hyundai Ioniq 5. Problematisch ist, dass diese Permanentmagneten seltene Erden erfordern und daher in der Produktion teuer sowie ökologisch und politisch fragwürdig sind. Die andere sind die zum Beispiel bei BMW eingesetzten, fremderregten (oder stromerregten) Synchronmaschinen, bei denen mithilfe eines Stromflusses das Magnetfeld im Rotor erzeugt wird. Dadurch kann das magnetische Feld nach Bedarf verändert werden und man ist nicht auf Permanentmagneten angewiesen, von Nachteil ist der aufwendigere Aufbau.

Insgesamt weniger effizient und seltener ist die Asynchronmaschine. Bei dieser Variante verfügt der Rotor nicht über einen kritischen Permanentmagneten oder wird aufwendig fremderregt, sondern es wird durch die drehenden Magnetfelder im Stator ein Strom im Rotor induziert. Dieser wiederum ruft das benötigte Magnetfeld hervor. Vortrieb kann hier nur generiert werden, wenn sich die Magnetfelder im Stator schneller drehen als der Rotor – asynchron eben. Bei Tesla kombiniert man einen Elektromotor dieser Art häufig mit einer separaten Synchronmaschine.

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Vor- und Nachteile des Elektromotors

In der Theorie ist der Elektromotor dem Verbrennungsmotor deutlich überlegen: Sein Wirkungsgrad ist laut Umweltministerium effektiv etwa drei Mal so hoch, vor allem weil weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. Im Winter kann diese Wärme beim Verbrenner allerdings auch zum Heizen des Innenraums genutzt werden, während E-Autos stattdessen künstlich heizen müssen. Dafür ist der E-Motor leiser und vibrationsärmer. Durch den im Vergleich zum Verbrenner erheblich einfacheren Aufbau gilt der Elektromotor außerdem als weit verschleißärmer und zuverlässiger.

Kritisch ist dafür die Energiespeicherung: Heutige Lithium-Ionen-Batterien sind zwar leistungsfähiger und haltbarer als frühere Varianten, doch dass hier Verschleiß und Schäden ein Thema sind, ist kein Geheimnis. Reichweiten und Ladezeiten haben sich in den vergangenen Jahren zwar stetig verbessert, unterliegen dem Verbrenner jedoch nach wie vor bei Weitem. Außerdem erfolgt der Abbau von Lithium, Kobalt und anderen für die Produktion erforderlichen Stoffen häufig unter prekären und umweltschädlichen Bedingungen in Entwicklungsländern.

Max Grigo

Unser Fazit

Der Elektromotor hat viel Potenzial, das durch die immer besser werdenden Batterien weiter ausgeschöpft werden kann. Dabei gibt es verschiedene Funktionsweisen, die ihre individuellen Vor- und Nachteile mit sich bringen – eine eindeutig überlegene Technik hat sich bislang nicht herauskristallisiert. Interessanterweise nutzen Hersteller wie Tesla daher teilweise auch mehrere Motorenkonzepte in einem Auto.