Elektromotor

Der Elektromotor ist das Herzstück im Antriebsstrang jedes Elektrofahrzeugs und übernimmt dieselbe grundlegende Aufgabe wie der Verbrennungsmotor in einem konventionellen Auto: Er setzt gespeicherte Energie in jene Drehkraft um, die letztlich die Räder bewegt. Der entscheidende Unterschied liegt im Weg, den die Energie nimmt. Statt Kraftstoff zu verbrennen, um Druck und Bewegung zu erzeugen, nutzt der Motor das Zusammenspiel von Magnetfeldern und elektrischem Strom und wandelt die in der Batterie gespeicherte chemische Energie unmittelbar in mechanische Arbeit um. Diese elektromechanische Umwandlung ist bemerkenswert effizient: Moderne Traktionsmotoren setzen regelmäßig mehr als 90 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in nutzbare Bewegung um, während ein Benzinmotor typischerweise nur auf 30 bis 40 Prozent kommt.

Mechanisch besteht der Motor aus einem feststehenden äußeren Teil, dem Stator, und einem rotierenden inneren Teil, dem Rotor. Der über die Statorwicklungen zugeführte Wechselstrom erzeugt ein umlaufendes Magnetfeld; der Rotor, der entweder eigene Permanentmagnete trägt oder in dem ein Strom induziert wird, folgt diesem Feld und überträgt das entstehende Drehmoment über ein einstufiges Untersetzungsgetriebe auf die Räder. Da sich das Magnetfeld durch die Leistungselektronik äußerst präzise steuern lässt, kann der Motor seine Kraft über einen riesigen Drehzahlbereich gleichmäßig und stufenlos abgeben. Eben deshalb benötigt ein Elektroauto weder ein mehrstufiges Schaltgetriebe noch eine Kupplung.

Für den Fahrer ist die Art der Drehmomententfaltung die auffälligste Eigenschaft. Ein Elektromotor liefert sein maximales Drehmoment bereits aus dem Stillstand, sodass die volle Durchzugskraft im selben Augenblick zur Verfügung steht, in dem das Fahrpedal betätigt wird. Daraus resultiert jene mühelose, verzögerungsfreie Beschleunigung, die das Fahrgefühl im Elektroauto prägt. Es muss keine Drehzahl aufgebaut und nicht auf das Ansprechen eines Turboladers gewartet werden. Zudem läuft der Motor nahezu lautlos und vibrationsfrei und kommt mit sehr wenigen beweglichen Teilen aus, was sich in geringem Wartungsaufwand und außergewöhnlicher Zuverlässigkeit über eine lange Lebensdauer niederschlägt.

Dieselbe Maschine kann auch umgekehrt als Generator arbeiten. Nimmt der Fahrer den Fuß vom Pedal oder bremst er, treiben die Räder den Rotor an, und der Motor erzeugt Strom, der in die Batterie zurückgespeist wird, während der entstehende Widerstand das Fahrzeug verzögert. Auf diesem Prinzip beruht die Rekuperation, die jene Energie zurückgewinnt, die ein konventionelles Auto als Wärme vergeuden würde, und die die Reichweite vor allem im Stadtverkehr spürbar verlängert.

Zwei Bauarten dominieren. Permanenterregte Synchronmotoren nutzen Magnete aus Seltenen Erden im Rotor und bieten hohe Effizienz und Leistungsdichte bei kompakter Bauweise, während Asynchronmotoren (Induktionsmotoren) auf Magnete verzichten und den Strom stattdessen im Rotor induzieren, was etwas Wirkungsgrad gegen geringere Kosten und Unabhängigkeit von der Versorgung mit Seltenen Erden eintauscht. Viele leistungsstarke Elektroautos kombinieren beide Bauarten an zwei Achsen. Der Motor arbeitet dabei nie für sich allein: Er ist auf den Wechselrichter angewiesen, der den speisenden Wechselstrom formt, auf die Hochvoltbatterie als Energiequelle und auf einen eigenen Kühlkreislauf, der die unter dauerhafter starker Last entstehende Wärme abführt.