Ein Elektromotor war bisher im Auto nicht für Antrieb verantwortlich. Diese wurden nur für Komfortzwecke wie zum Beispiel das Heben und Senken der Türscheiben genutzt.

Doch jetzt gewinnt dieser Motor in der Automobilität neue Bedeutung. Er ist jetzt verantwortlich für den eigentlichen Zweck des Automobils – den Fahrbetrieb.

Da im Elektroauto ausschließlich dreiphasige Wechselstromelektromotoren zum Einsatz kommen, ist der Aufbau der einzelnen Motorenarten immer identisch. Die wesentlichen Bestandteile dabei sind der Stator und der Rotor.

Der Stator ist wie der Name bereits vermuten lässt, der stehende Teil des Elektromotors. In ihm ist schwebend der Rotor gelagert.

Der Rotor sorgt für die notwendige Bewegung. Durch die Drehung des Rotors wird eine Welle angetrieben, die für den Vortrieb im Elektroauto sorgt.

Der Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. In einem E-Auto wird dieses Prinzip zum Antrieb verwendet. Hierfür werden Magnetfelder im Stator und Rotor genutzt. Der Rotor sorgt über eine Welle für den mechanischen Vortrieb, indem entweder durch Gleichstrom oder durch Einsatz von Magneten ein Magnetfeld hergestellt wird.

Im Stator wird durch frequenzgeregeltes Ansteuern der Phasen mit Wechselstrom ein Magnetfeld in einer bestimmten Reihenfolge in den einzelnen Spulen erzeugt. Durch diese wechselnden Magnetfelder wird ein Drehfeld erzeugt. Es entsteht eine Drehbewegung im Rotor, da das dauerhafte Magnetfeld des Rotors dem Drehfeld folgt.

Der Elektromotor kann auch im E-Auto als Generator genutzt werden. Das bedeutet, dass bei einem Verzögern des Fahrzeugs der Elektromotor zur Energierückgewinnung elektrische Energie in die Batterie zurückspeisen kann. Diese Art der Energierückgewinnung nennt sich Rekuperation.

Neben Stator und Rotor besteht der Elektromotor in Elektrofahrzeugen aus weiteren Komponenten. Diese sind in den folgenden Absätzen erläutert.

Die Leistungselektronik sorgt dafür, dass der in der Hochvoltbatterie gespeicherte Strom von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umgewandelt wird. Hierfür muss die Leistungselektronik Frequenzen im Kilohertz-Bereich schalten. Das geschieht nicht nur beim Beschleunigen, sondern auch beim Verzögern des Fahrzeugs. Da der Elektromotor auch als Generator eingesetzt werden kann, muss die Leistungselektronik auch den Strom wieder in die Hochvoltbatterie beim Verzögern des Fahrzeugs, der sogenannten Rekuperation, zurückgeben können.

Sie ist somit Gehirn und Taktgeber im Elektromotor.

Aufgrund seiner Effizienz und seines hohen Drehmoments benötigt der Elektromotor keine aufwendigen Getriebe. Hier kommt in der Regel ein 1-Gang-Getriebe zum Einsatz. Dies hat Gewichtsvorteile, verringert die Komplexität im Antriebsstrang und sorgt für einen geringeren Wartungsaufwand. Neben dem Getriebe sorgen Differenziale für die gleichmäßige Leistungsabgabe.

Es gibt auch Fahrzeuge, wie den Porsche Taycan, die ein 2-Gang-Getriebe nutzen. Dies hat den Effekt, dass das Fahrzeug in den unteren Geschwindigkeiten niedriger übersetzt ist und somit noch spritziger fährt. Auch im Bereich der leichten Nutzfahrzeuge gibt es bereits Überlegungen, 2-Gang-Getriebe einzusetzen.

Obwohl die Bestandteile eines Elektromotors im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor überschaubar sind, gibt es doch unterschiedliche Arten, die in Elektroautos verbaut sind. Jedes dieser Konzepte hat seine Vor- und seine Nachteile.

Da in der Elektromobilität nur Wechselstrommotoren zum Einsatz kommen, stelle ich hier nur die Konzepte vor, die auch Verwendung finden.

Bei den Asynchronmaschinen wird am Rotor durch Strom über den Stator ein Magnetfeld hergestellt. Der Rotor besteht aus elektrischen Leitern, die durch Induktion dieses Magnetfeld erzeugen. Durch den Stator wird ein dreiphasiger Wechselstrom geführt. Er erzeugt das Drehfeld im Motor. Da das drehende Feld im Stator nicht synchron mit dem magnetischen Feld im Rotor läuft, wird dieser Motor als Asynchronmaschine (kurz ASM) bezeichnet.

Während bei der Asynchronmaschine durch Induktion ein Magnetfeld am Rotor erzeugt wird, so kommen bei der permanent erregten Synchronmaschine (kurz PSM) Permanentmagnete am Rotor zum Einsatz. Dies wird durch Neodym, einer seltenen Erde, ermöglicht.

Ein Konzept, das die Vorteile der PSM und ASM vereint, ist die fremderregte Synchronmaschine (kurz FSM) oder auch stromerregte Synchronmaschine (kurz SSM) genannt. Hierbei wird im Rotor, wie auch Stator, durch Strom ein Magnetfeld aufgebaut. Anders als bei der ASM, wird das Magnetfeld im Rotor nicht durch eine induzierte Spannung aufgebaut, sondern mittels Bürsten. Über diese Bürsten gelangt Gleichstrom in das Bauteil.

Der Stator wird mittels Inverter mit Wechselstrom versorgt und ist wie bei allen anderen Arten der Wechselstrommotoren für das Drehfeld verantwortlich.

Dem Elektromotor wird immer nachgesagt, er wäre fertig entwickelt und hätte wenig Leistungspotenzial nach oben. Aber: Durch die breite Anwendungspalette in der E-Mobilität gibt es neue Konzepte. So werden bei manchen Herstellern Charakteristika der einzelnen Elektromotorkonzepte kombiniert.

Auch spielt die Leistungselektronik noch nicht ihr volles Potenzial aus. Durch die hohen Frequenzen geht die Effizienz verloren. Hier kann sowohl softwareseitig, als auch konzeptionell durch Einsatz verschiedener Materialien die Effizienz des Gesamtantriebsstrangs erhöht werden. Insbesondere die Inverter auf Siliziumkarbidbasis versprechen noch höhere Effizienzen im Gesamtkonzept.