Wie funktioniert der E-Antrieb?

Auf den ersten Blick mag die Antriebstechnik des E-Autos zwar einfacher erscheinen als die des Verbrenners. Doch sowohl beim Motor als auch bei den Ladesteckern gibt es kleine, aber feine Unterschiede, und der Akku ist ein hochkomplexes Bauteil.

Auf das Wesentliche herunter gebrochen, besteht der Motor eines Elektroautos im Grunde genommen aus vier Bestandteilen:

Infografik E-Auto-Motor

1: Die Antriebswellenflansche treiben in aktuellen Modellen die Räder über Gelenkwellen an. Es gibt aber auch Konzepte mit Radnabenmotoren, die direkt in den Rädern sitzen.
2: Die Leistungselektronik wandelt den Gleichstrom aus dem Akku in Drehstrom mit genau der Spannung und Frequenz um, die der Antriebsmotor für die gewünschte Beschleunigung benötigt.
3: Getriebe und Differenzial sind in einem Gehäuse integriert, um die Motorkraft gleichmäßig auf beide Antriebsräder zu verteilen. Viele E-Fahrzeuge arbeiten mit nur einer Übersetzung. Trotzdem würde ein zweiter Gang Vorteile bei Höchstgeschwindigkeit und Stromverbrauch bringen.
4: Der eigentliche Elektromotor besteht im Wesentlichen aus dem fest stehenden Stator (links) und dem Rotor (rechts). Obwohl es im E-Auto zwei verschiedene Motortypen gibt, ist das Grundprinzip gleich: Fließt durch die Spulen im Stator Wechselstrom, erzeugt dieser ein umlaufendes Magnetfeld, das wiederum den Rotor in Bewegung setzt.

Permanenterregte Synchronmaschine

Der Unterschied zwischen den beiden häufigsten Motorarten liegt im Rotor. Bei der Synchronmaschine (PSM) sitzen dort sogenannte Permanentmagnete mit ihrem Magnetfeld. Dieses folgt dem umlaufenden Magnetfeld im Stator, und zwar synchron, mit gleicher Drehzahl – ähnlich wie zwei Zahnräder, die optimal ineinandergreifen. Diese Bauart überzeugt mit einer hohen Leistungsdichte und einem höheren Wirkungsgrad als die Asynchronmaschine.

Allerdings werden für die starken Magnete im Rotor seltene Erden wie Neodym benötigt, womit die Herstellung der Synchronmaschine teurer ist. Dafür ist die Steuerung einfacher. Und dank hoher Drehmomentabgabe bei niedrigen Drehzahlen kommen PSM im Gegensatz zu Asynchronmaschinen ohne schaltbares Untersetzungsgetriebe aus, womit sie in Summe weniger Bauraum benötigen. Eingebaut werden sie beispielsweise im Hyundai Ioniq, Kia e-Niro und Nissan Leaf.

Asynchronmotor Audi

Ein Asynchronmotor wie er zum Beispiel im Audi e-tron verwendet wird. (© Audi).

Asynchronmaschine

Die Asynchronmaschine (ASM) ist nach dem Prinzip des Induktionsmotors aufgebaut. Sprich, das umlaufende Magnetfeld des Stators setzt den Rotor in Bewegung, sobald in den dort eingelassenen elektrischen Leiterstäben aus Kupfer oder Aluminium Strom fließt. Ein kleiner Erregerstrom im Rotor wird dabei gewollt durch Induktionseffekte verstärkt, wodurch die Kraft der sich abstoßenden Magnetfelder verstärkt wird. Die Rotation folgt allerdings der Drehung des Statormagnetfelds mit etwas kleinerer Drehzahl, läuft also asynchron. Vorstellen kann man sich das wie bei einem Wasserrad, das erst leicht verzögert auf die Fließgeschwindigkeit des Wassers reagiert. Vorteile der ASM sind ihre robuste und günstige Bauart. Außerdem treten keine Schleppverluste auf, sobald der Erregerstrom und somit der Motor abgeschaltet ist. Allerdings ist die Steuerung etwas aufwendiger. ASM kommen etwa im Audi e-tron sowie Mercedes EQC zum Einsatz.

Text: Annette Bender-Napp

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