WIE FUNKTIONIERT EIN ELEKTROMOTOR? EINFACH ERKLÄRT

Elektroautos kommen ganz ohne Benzin oder Diesel aus – und somit auch ohne den klassischen Verbrennungsmotor. Stattdessen sorgt ein innovativer Elektromotor für den Antrieb: Dieser ist umweltschonend, leise und besonders effizient. Doch was genau steckt hinter dieser Technologie, die inzwischen Millionen von Fahrzeugen weltweit antreibt? Dieser Beitrag erklärt den Aufbau sowie die zentralen Komponenten eines Elektromotors und veranschaulicht, wie er im Elektrofahrzeug funktioniert.

Aufbau eines Elektromotors – die wichtigsten Komponenten

• Stator: Der Stator ist der unbewegliche Teil des Elektromotors. Dieser besteht aus einem Eisenkern, um den Kupferdrähte bzw. Spulen gewickelt sind. Wenn Strom durch diese Spulen fließt, entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das die Bewegung des Rotors ermöglicht.
• Rotor: Unter dem Rotor versteht man den beweglichen Teil des Motors, der sich innerhalb des Stators befindet. Er wird durch das Magnetfeld des Stators in Drehung versetzt. Diese Bewegung wird dann mechanisch auf die Antriebsachse übertragen.
• Leistungselektronik: Die Leistungselektronik ist das zentrale Bindeglied zwischen Batterie und Elektromotor. Sie wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, reguliert die Drehzahl und Leistung des Motors und ermöglicht die Rückgewinnung von Bremsenergie (Rekuperation).
• Hochvolt-Batterie: Die Batterie (meist ein Lithium-Ionen-Akku) speichert elektrische Energie und stellt sie dem Elektromotor zur Verfügung. Sie ist dementsprechend das Energiezentrum des Fahrzeugs und muss an einer Ladesäule aufgeladen werden. Der Akkumulator besteht aus vielen einzelnen Zellen, die gemeinsam eine große Energiemenge speichern können.
• Getriebe: E-Autos benötigen in der Regel nur ein einstufiges Getriebe, da Elektromotoren über einen umfassenden Drehzahlbereich verfügen. Das Getriebe sorgt für die richtige Übersetzung zwischen Motordrehzahl und Raddrehzahl.
• Kühlsystem: Da elektrische Motoren sowie die Leistungselektronik bei intensiver Belastung Wärme erzeugen, ist ein Kühlsystem notwendig. Dieses schützt das Fahrzeug und seine Komponenten vor Überhitzung und sorgt so für einen effizienten Betrieb.

Die Funktionsweise eines E-Motors im Überblick

1. Stromversorgung

Bevor der Elektromotor arbeiten kann, muss zunächst die Batterie den benötigten Strom liefern. Sie speichert elektrische Energie in Form von Gleichstrom (DC), der über die Leistungselektronik in Wechselstrom (AC) für den Elektromotor umgewandelt wird. Ohne den Akku könnte der Motor nicht betrieben werden.

2. Prinzip des Elektromagnetismus:

Der Elektromotor basiert auf der Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Teilchen und Magnetfeldern. Diese Interaktion erzeugt die notwendige Bewegung und ist die Grundlage für den Betrieb des Motors.

3. Magnetfelderzeugung:

Der Stator erzeugt ein magnetisches Drehfeld, das mit dem Magnetfeld des Rotors interagiert. Ungleichnamige Pole ziehen sich dabei an, gleichnamige Pole stoßen sich ab – durch diese ständige Wechselwirkung wird der Rotor in Drehung versetzt.

4. Kommutierung (Stromrichtungsumkehr):

Wenn der Rotor seine ideale Ausrichtung erreicht hat, würde er eigentlich zum Stillstand kommen. Damit sich der Rotor jedoch kontinuierlich weiterdreht, sorgt ein Kommutator für die Umkehrung der Stromrichtung. In modernen E-Fahrzeugen übernimmt diese Aufgabe die Leistungselektronik. 

5. Mechanische Kraftübertragung:

Die vom Rotor erzeugte Drehbewegung wird über das Getriebe und die Achse auf die Räder übertragen und setzt somit das Fahrzeug in Bewegung.

Welche Arten von Elektromotoren gibt es?

In Elektrofahrzeugen kommen im Wesentlichen drei Arten von Elektromotoren zum Einsatz, die sich in ihrem Aufbau und ihrer Leistungsfähigkeit unterscheiden:

• Asynchronmotor: Dieser Motor benötigt keine Permanentmagnete und arbeitet mit einem elektromagnetischen Feld, das durch Induktion im Rotor erzeugt wird.
• Permanentmagnet-Synchronmotor: PMSM verwenden Permanentmagnete im Rotor, die ein konstantes Magnetfeld erzeugen und direkt mit dem Statorfeld synchronisiert sind.
• Fremderregter Synchronmotor: Bei diesem Motortyp wird das Magnetfeld des Rotors durch eine separate elektrische Versorgung (z. B. über eine Erregerspule) und nicht durch Permanentmagnete erzeugt – die Ansteuerung erfolgt elektronisch.

Fazit

Elektromotoren sind ein zentrales Element moderner E-Autos. Angetrieben von einer leistungsstarken Hochvoltbatterie und präzise gesteuert durch moderne Leistungselektronik, wird elektrische Energie effizient in Bewegung umgewandelt. Durch das Zusammenspiel von Elektromagnetismus, Stator und Rotor erhält das Fahrzeug einen zuverlässigen Antrieb – ganz ohne schädliche Emissionen. Je nach Konzept kommen unterschiedliche Motortypen wie Asynchron-, Permanentmagnet- oder fremderregte Synchronmotoren zum Einsatz. Gemeinsam ist ihnen: Sie alle ermöglichen eine leise, saubere und zukunftsweisende Art der Fortbewegung.