Rheinische Post Duesseldorf Meerbusch
Beim E-Motor hat der Käufer keine Wahl
Die Autoindustrie setzt drei unterschiedliche Motoren in ihren Elektroautos ein. Maßgebend ist das Fahrzeug, nicht der Kunde.
Die Elektromobilität reduziert die Auswahl an Antrieben in Autos deutlich. Während es bei Verbrennern eine Vielzahl an möglichen Motorvarianten gibt, die vom Benziner über Diesel mit drei bis 16 Zylindern reichen, gibt es diese Fülle beim Elektroauto nicht. Der Kunde muss nehmen, was die Hersteller anbieten.
Die gesamte Autoindustrie setzt nur drei unterschiedliche Arten von Elektromotoren in ihren Fahrzeugen ein. Das sind permanenterregte Synchronmotoren, Asynchronmotoren und fremderregte Synchronmotoren. In Allradautos werden an der Vorderund Hinterachse teilweise dieselben Motorentypen verbaut, manchmal unterschiedliche oder deren Anordnung variiert. Das alles hat gute Gründe.
Den Porsche Taycan treiben an Vorder- und Hinterachse jeweils ein permanenterregter Synchronmotor an, im VW ID3 ist es einer an der Hinterachse. Audi verwendet im E-Tron vorne und hinten Asynchronmotoren und Tesla kombiniert sogar verschiedene Motorenarten. Im Model S und Model X sind es vorne permanenterregte Synchronmotoren und hinten Asynchronmotoren. Beim Model 3 ist die Anordnung umgekehrt.
Der Zoe von Renault wird von der dritten Art angetrieben, dem fremderregten Synchronmotor. Weshalb kommt in dem Kleinwagen ein solcher Motor zum Einsatz, im Porsche aber ein anderer und warum kombiniert Tesla unterschiedliche Motortypen? Eine Motorenkunde soll Antworten auf diese neuen Fragen der Elektromobilität geben.
Die drei Elektromotoren sind in ihrem technischen Aufbau ähnlich, unterscheiden sich aber in ihren Effekten. „Der Permanenterregte hat den höchsten maximalen Wirkungsgrad, dann folgt fast gleichauf der Fremderregte und mit etwas größerem Abstand der Asynchronmotor“, sagt Dr. Andreas Schramm, Professor für Mechatronik an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg in Mosbach. Das bedeutet: Bei gleicher Energiemenge ist die Reichweite im Permanenterregten am größten. Was für den Antrieb gilt, hat auch bei der Rekuperation Bestand. Der permanenterregte Synchronmotor hat auch in der Energierückgewinnung beim Bremsen den höchsten Wirkungsgrad.
Dieser Motortyp wird aktuell von der Automobilindustrie präferiert. Auch von Porsche und „das aus mehreren Gründen“, sagt Dr. Boyke Richter, Teamleiter Antrieb für den Taycan: „Permanenterregte Synchronmotoren lassen sich am besten kühlen, man kann deshalb mehrmals hintereinander aus dem Stand stark beschleunigen, ohne dass sie überhitzen und infolge dessen die Leistung reduziert werden müsste.“Weiterhin spricht für diese Variante, dass sie weniger Platz für dieselbe Leistung braucht als die anderen Motoren. In Kombination mit dem höchsten Wirkungsgrad spricht das alles für den Einsatz dieses Motorentyps in einem Sportwagen.
Der Asynchronmotor ist technisch der einfachste, „was dazu führt, dass der Wirkungsgrad
am geringsten ist“, sagt Schramm. Dafür ist dieser Typ robust im Betrieb und günstig in der Herstellung. Audi nutzt den Motor im E-Tron, einem allradgetriebenen SUV, sowohl an der Vorder- als auch Hinterachse. Bis vor einem Jahr verwendete auch Tesla diese Anordnung in Model S und X. Jetzt treiben vorne ein permanenterregter Synchronmotor und hinten ein Asynchronmotor diese Fahrzeuge an. Die haben nun aufgrund des höheren Wirkungsgrads permanenterregter Synchronmotoren eine höhere Reichweite von etwa 50 Kilometer. Beim Model 3 ist die Anordnung umgekehrt, was damit zu tun hat, dass dieses Fahrzeug das sportlichste Modell der Amerikaner ist. Sportliche Autofahrer wollen einen starken Heckantrieb, den Boost beim Beschleunigen liefert die strapazierfähige Asynchronmaschine vorne.
In diesem Motor wird das Magnetfeld im Rotor durch elektromagnetische Induktion erzeugt, Permanentmagnete brauchen sie nicht. Fremderregte Motoren benötigen für ihren Betrieb eine eigene Stromquelle, die den Rotor antreibt. „Über diese Stromquelle kann der Wirkungsgrad beeinflusst und die Maschine besser geregelt werden“, sagt Professor Schramm. Dieser Motor ist der technisch komplizierteste.
Die Autohersteller haben sich noch nicht auf den einen oder anderen Typ festgelegt. „Ich meine, dass auf lange Sicht der Fremderregte die beste Option ist“, sagt Schramm. Seine Begründung: Der Asynchronmotor scheidet wegen seines schlechten Wirkungsgrads aus und im Permanenterregten wird verhältnismäßig teures Selten-Erden-Magnetmaterial benötigt. Fremderregte hingegen verwenden eine Kupferspule zur Erzeugung des Magnetfelds und Kupfer gibt es genügend.