Antriebseinheit

Die Antriebseinheit ist neben dem Akku ein weiteres Kernstück des Elektroautos. Sie besteht aus Elektromotor, Getriebe (typisch 1-Gang-Untersetzung) und Inverter.

Der Inverter wandelt Gleichstrom der Batterie in Drehstrom für die E-Maschine um. Das Getriebe ist direkt mit dem E-Motor verbunden und verantwortlich dafür, die Motordrehzahl in das Drehmoment umzuwandeln, um die Räder des Fahrzeugs anzutreiben.

Im Regelfall laufen Elektromotoren im Gegensatz zu Verbrennern wartungsfrei. Es werden derzeit von einem Motor an der Hinterachse bis zu drei Motoren auf beiden Achsen verteilt eingebaut. Es gibt verschiedene Baumformen von Elektromotoren.

 

Aufbau

Der Stator: Fest mit dem Gehäuse verbunden und somit unbeweglich bildet der Stator das Herzstück eines Elektromotors. Er ist ein Dauer- oder Elektromagnet, in dem sich ein Rotor drehen kann. Auf einer Seite befindet sich der magnetische Nord-, auf der anderen Seite der Südpol. Dazwischen bleibt Platz für den Rotor.

Der Rotor: Der Rotor befindet sich zwischen den Polen des Stators und ist der bewegliche Teil des Motors. Er sitzt auf der Motorachse, besteht aus Eisen und ist mit einem lackierten Kupferdraht umwickelt. Werden beide Enden des Kupferdrahtes an eine Stromquelle angeschlossen, fließt Strom und der Rotor wird zum Elektromagneten mit einem Nord- und einem Südpol.

Der Kommutator: Auf dem Rotor sitzt der Kommutator, bestehend aus zwei Stromabnehmern in Form von gegenüberliegenden Halbkreisen. Über ihn wird der Kupferdraht unter Strom gesetzt.

 

Funktionsweise

Der Rotor wird über den Kommutator unter Strom gesetzt. Er ist jetzt ein Elektromagnet. Da sich gleiche Magnetpole abstoßen, beginnt der Rotor sich zu drehen, wenn die gleichen Pole von Stator und Rotor aneinander liegen. Nach einer halben Drehung, also sobald die sich anziehenden Pole von Stator und Rotor aneinander liegen, wird der Rotor umgepolt. Das funktioniert mithilfe des Kommutators. Die beiden Stromabnehmer wechseln mit jeder halben Umdrehung den Pol von Plus zu Minus und zurück.

 

Einsatz bei den Herstellern

Die Hersteller gehen unterschiedliche Wege und versuchen in letzter Zeit ihre Abhängigkeit von seltenen Erden zu reduzieren. Viele Elektroautos haben derzeit noch Elektromotoren, die auf Permanentmagneten basieren. Diese Permanentmagnete werden aus seltenen Erden hergestellt, aus Elementen wie Neodym, Terbium und Dysprosium, die mehrheitlich aus China stammen. Da die Autohersteller Abhängigkeiten befürchten, meiden sie mittlerweile verstärkt E-Motoren mit Permanentmagneten. Renault setzt beim langjährigen Elektroauto-Bestseller Zoe auf sogenannte fremderregte Synchronmotoren (FSM). Auch BMW baut bei seinen neuen E-Motoren darauf.

Auch der VW-Konzern setzt bei seinen MEB-Plattform Autos auf verschiedene Motoren. Audi verwendet zum Beispiel beim Q4 50 e-tron quattro vorne einen Asynchronmotor (ASM) und hinten einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM). Die Modelle, die lediglich über dem Hinterradantrieb verfügen haben stets einen PSM, doch bei den Allradmodellen wird vorne mittlerweile ein ASM verbaut.

Tesla verwendet seit 2019 im Model S und im Model X verschiedene Motoren, einen mit einem Magneten aus Seltenen Erden und einen ohne, den sogenannten Induktionsmotor. Der Induktionsmotor biete mehr Leistung, während der mit Permanentmagneten effizienter ist, so Tesla. Dabei erhöhe der Permanentmagnet-Motor die Reichweite um zehn Prozent.

Hier findet sich ein externes Video, von LESICS, dass die Zusammenhänge am Beispiel vom E-Motor des Tesla Model 3 gut erklärt.

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(21) Tesla Model 3 Motor – Die geniale Technik dahinter – YouTube

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