Der Elektromotor und seine Herstellung

von kfztech.de

Der Elektromotor ist in den letzten Jahren durch die verbesserte Integration in Automobilen etwas immer bekannter und anerkannter geworden. Die Auswirkungen der Luft- und Umweltverschmutzung durch fossile Brennstoffe auf das Klima ist in der heutigen Gesellschaft ein wichtiges Thema. Daher besteht bei Automobilherstellern eine größere Nachfrage nach Autos, die dazu beitragen, unsere Umwelt zu verbessern oder zumindest weniger Schaden anrichten. Durch diese Nachfrage nach Wachstum und Entwicklung haben einige der größten Erfinder der Welt den Elektromotor so verfeinert, dass er heute besser arbeitet und effizienter ist als je zuvor.

Langsam aber sicher setzen sich elektrische Antriebe und mit ihnen E-Motoren in Fahrzeugen durch. - Bild: Bosch

Was ist ein Elektromotor?

In einem elektrischen Antriebssystem wandelt ein Elektromotor die gespeicherte elektrische Energie in eine Batterie in mechanische Energie um. Elektromotoren bestehen aus einem Rotor, dem beweglichen Teil des Motors und einem Stator, dem feststehenden Teil des Motors. Ein Permanentmagnetmotor umfasst einen Rotor, der eine Reihe von Magneten enthält, und einen stromführenden Stator, der typischerweise die Form eines Eisenrings annimmt und vom Rotor durch einen Luftspalt getrennt ist.

Warum ist die Imprägnierung des Elektromotors ein wichtiger Schritt in der Herstellung?

Die Imprägnierung ist ein wichtiger Schritt in der Produktion eines Elektromotors. Nachdem der Motor gewickelt wurde, müssen die Wicklungen mit Harz oder Lack weiter isoliert werden. Während des Imprägnierprozesses werden die Hohlräume zwischen den Wicklungen im Motor geschlossen und versiegelt. Diese Isolierung schützt die Wicklungen vor Verschmutzung und elektrischem Kurzschluss und macht die Wicklungen mechanisch steifer. Die Imprägnierung verhindert außerdem Vibrationen. Sie erhöht die Wärmeleitfähigkeit und hilft, eine bessere Umweltbilanz zu erreichen. Es gibt verschiedene Imprägniermethoden, die unterschiedliche Vorteile in der Anwendung haben können und je nach Bauteil unterschiedlich gut geeignet sind. Am bekanntesten sind das sogenannte Rolltauchen, die Träufellackierung, die Vakuumdruckimprägnierung, das Heißtauchen und das vertikale Tauchen. Mehr über die verschiedenen in der Produktion von Elektromotoren angewandten Imprägnierverfahren und Ihre Vorteile erfahren Sie hier: https://www.bdtronic.de/impraegnieren/impraegniertechnologie/

Im Automobil gibt es unterschiedliche Arten von Elektormotoren; hier eine Asynchronmaschine - Bild: Audi

Welche Arten von Elektromotoren gibt es?

Es gibt im Prinzip drei Arten von Elektromotoren, die in Hybrid- oder Plug-in-Elektrofahrzeug-Fahrantriebssystemen verwendet werden können.

Interne Permanentmagnet Motoren oder IPM Motoren (auch: Permanentmagnet Synchronmaschine) haben eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad über ihren Betriebsbereich. Nahezu alle Hybrid- und Plug-in-Elektrofahrzeuge verwenden in ihren Antriebsmotoren Permanentmagnete. Aufgrund hoher Kosten für Magnete (NeFeB und SmCo) und Rotorherstellung sind diese Motoren relativ teuer. Weitere Herausforderungen bei der Verwendung von IPM-Motoren sind die begrenzte Verfügbarkeit und die hohen Kosten von Magnetmaterialien. IPM-Motoren sind die Zukunft der Elektrofahrzeuge im nächsten Jahrzehnt.

Der Rotor läuft mit Permanentmagneten - Bild: Audi

Induktionsmotoren (Asynchronmotor) haben ein hohes Drehmoment und bieten eine hohe Zuverlässigkeit. Ihre Leistungsdichte und der Gesamtwirkungsgrad sind jedoch niedriger als bei IPM-Motoren. Sie sind heutzutage auch in verschiedenen Branchen erhältlich, einschließlich in einigen Serienfahrzeugen, wie dem Tesla S mit Asynchronmaschine. Der Läufer ist bei Antriebsmotoren ein kurzgeschlossener Käfigläufer. Da diese Motorentechnologie ausgereift ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Forschung hier noch zusätzliche Verbesserungen in Bezug auf Effizienz, Kosten, Gewicht und Volumen erreichen kann.

Geschaltete Reluktanzmotoren bieten eine kostengünstigere Option. Sie haben eine robuste Struktur, die hohen Temperaturen und Geschwindigkeiten standhält. Sie erzeugen jedoch mehr Geräusche und Vibrationen als vergleichbare Motorkonstruktionen, was für den Einsatz in Fahrzeugen eine große Herausforderung darstellt. Geschaltete Reluktanzmotoren sind auch weniger effizient als andere Motortypen und die Gesamtkosten des elektrischen Antriebssystems steigen. Den kompakten Reluktanzmotoren könnte aber die Zukunft bei der E-Molität gehören, da sie keine Seltenen Erden benötigen.

Der E-Motor des S400 Hybrid - Bild: Mercedes

Wie ein E-Motor (und einiges andere bei E-Auto) im Prinzip funktioniert, zeigt das folgende Video anhand des Tesla Model S.