7 Arten von Motoren für Elektrofahrzeuge
Freigabezeit:
2022-12-19
Es gibt sieben Arten von Motoren, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden: bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren, Induktionsmotoren, geschaltete Reluktanzmotoren, Synchron-Reluktanzmotoren und kernlose Permanentmagnetmotoren mit Axialfluss.
Es gibt sieben Arten von Motoren, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden: bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren, Induktionsmotoren, geschaltete Reluktanzmotoren, Synchron-Reluktanzmotoren und kernlose Permanentmagnetmotoren mit Axialfluss.
Bürsten-Gleichstrommotoren sind einfache Gleichstrommotoren, die Bürsten verwenden, um den Strom durch mechanische Kommutierung auf die Motorwicklungen zu übertragen. Der Anker oder Rotor ist ein Elektromagnet und das Magnetfeld ist ein Dauermagnet. Dieser Motor benötigt keinen Regler für den Betrieb oder die Änderung der Drehzahl und bietet ein maximales Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Zu den Nachteilen gehören eine sperrige Konstruktion, ein geringer Wirkungsgrad, Bürsten, die Wärme erzeugen und zu Ineffizienz führen, sowie Wärme, die sich in der Mitte des Rotors befindet und nur schwer abgeführt werden kann. Aus diesem Grund werden bürstenbehaftete Gleichstrommotoren in Elektrofahrzeugen nicht mehr eingesetzt.
Der bürstenlose Gleichstrommotor mit Permanentmagneten heißt bürstenlos, weil er keinen Kommutator und keine Bürsten hat. Er wird elektronisch kommutiert, ist wartungsfrei, hat ein hohes Anlaufdrehmoment und eine Traktionscharakteristik von bis zu 95-98% Wirkungsgrad, wodurch er sich für Designs mit hoher Leistungsdichte eignet. Aufgrund dieser Traktionseigenschaften werden bürstenlose Gleichstrommotoren häufig in Elektrofahrzeugen für kleine Fahrzeuge mit einer maximalen Leistung von 60 kW eingesetzt. Die Nachteile sind der begrenzte konstante Leistungsbereich, die Verringerung des Drehmoments mit zunehmender Geschwindigkeit und die hohen Kosten aufgrund der Permanentmagnete. Der Toyota Prius verwendet einen bürstenlosen Gleichstrommotor.
Der Permanentmagnet-Synchronmotor hat Permanentmagnete im Rotor, er hat eine hohe Leistungsdichte und effiziente Antriebseigenschaften für höhere Leistungen und ist daher teurer als andere Motoren. Dieser Motor kann in verschiedenen Drehzahlbereichen arbeiten, ohne dass ein Getriebe erforderlich ist. Er ist effizient und kompakt für Nabenanwendungen und hat auch bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment. Der Nachteil ist der hohe Eisenverbrauch beim Betrieb mit hohen Drehzahlen in Naben. Derzeit werden Permanentmagnet-Synchronmotoren hauptsächlich in Hybrid- und Elektrofahrzeugen wie dem Chevrolet Bolt, Ford Focus, Nissan Leaf und BMW i3 eingesetzt.
Induktionsmotoren erzeugen bei einer festen Spannung und Frequenz kein so hohes Anlaufmoment wie Gleichstrommotoren. Dies kann jedoch durch verschiedene Steuerungsmethoden wie Vektorsteuerung oder Magnetfeldrichtungssteuerung geändert werden. Mit diesen Steuerungsmethoden kann das maximale Drehmoment, das für den Antrieb erforderlich ist, beim Motorstart erreicht werden. Käfigläufermotoren sind wartungsarm, haben eine lange Lebensdauer und sind für Wirkungsgrade von 92% bis 95% ausgelegt. Die Nachteile sind die Notwendigkeit komplexer Umrichterschaltungen und die Schwierigkeit der Motorsteuerung. Aufgrund ihrer geringen Kosten sind Induktionsmotoren die erste Wahl für leistungsstarke Elektrofahrzeuge. Das Tesla Model S ist ein gutes Beispiel für die hohe Leistung von Induktionsmotoren. Auch der Toyota RAV4 und der GM EV1 verwenden solche Motoren.
Geschaltete Reluktanzmotoren sind eine Klasse von Motoren mit variabler Reluktanz, die sich durch eine einfache und robuste Konstruktion auszeichnen, bei der der Rotor ein laminiertes Stück Stahl ohne Wicklungen oder Permanentmagnete ist. Dies verringert die Trägheit des Rotors und trägt zu einer höheren Beschleunigung bei. Aufgrund seiner Robustheit eignet sich dieser Motor für Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten und bietet eine hohe Leistungsdichte. Der Nachteil ist, dass die Steuerung komplex ist und die zusätzlichen Schaltkreise auch Geräusche verursachen. Synchron-Reluktanzmotoren sind Synchronmotoren mit Reluktanzcharakter, bei denen das Drehmoment durch die Differenz zwischen der Wechsel- und der Gleichachs-Reluktanz des Rotors verursacht wird und keine Erregerwicklungen oder Permanentmagnete vorhanden sind. Diese Motoren werden aufgrund ihrer einfachen und robusten Bauweise in Elektro- und Hybridfahrzeugen immer beliebter. Der Vorteil ist das Fehlen von Rotorverlusten und die Fähigkeit, ein höheres Dauerdrehmoment als Induktionsmotoren derselben Größe zu liefern.
Der axial durchflossene, kernlose Permanentmagnetmotor ist der derzeitige Stand der Technik für Elektrofahrzeuge. Sein Außenrotor ist nutenlos und benötigt daher keinen Eisenkern. Er hat auch keinen Statorkern und ist daher leicht. Die radiale Komponente des Luftspaltmagnetfeldes sorgt für eine höhere Leistungsdichte. Der Rotor dieses Motors kann an der Radseite und die Statorwicklung an der Welle montiert werden. Das nutenlose Design führt zu geringen Kupferverlusten, hohem Wirkungsgrad und mehr verfügbarem Platz. Dieser Motor wird im Renault Coupe eingesetzt.
