Elektromotor: Aufbau, Funktion und Funktionsweise einfach erklaert

Der Elektromotor ist das Herzsteck jedes Elektrofahrzeugs und wird zunehmend zur dominanten Antriebsform der Zukunft. Doch wie funktioniert ein Elektromotor? In diesem umfassenden Ratgeber erklaeren wir den Aufbau von Elektromotoren, ihre Funktionsweise und verschiedenen Typen verstaendlich und praxisnah.

Was ist ein Elektromotor? Grundprinzip

Ein Elektromotor (auch E-Motor genannt) wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegungsenergie um. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor arbeitet er ohne Verbrennung, geraeuchlos und nahezu ohne Verschleiss. Das Prinzip basiert auf der Wechselwirkung von Magnetfeldern.

Das physikalische Grundprinzip

Die Funktion jedes Elektromotors basiert auf der Lorentzkraft: Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fliesst, der sich in einem Magnetfeld befindet, wirkt eine Kraft auf diesen Leiter. Diese Kraft erzeugt die Drehbewegung.

Einfach erklaert: Stellen Sie sich vor, Sie halten einen Magneten an einen Kompass. Die Nadel dreht sich, weil sie vom Magnetfeld angezogen wird. In einem Elektromotor passiert das Gleiche - nur viel schneller und staerker.

Der Aufbau von Elektromotoren: Alle Komponenten

Der Aufbau eines Elektromotors ist eleganter und einfacher als der eines Verbrennungsmotors. Die Hauptkomponenten sind:

Stator (Staender)

Der Stator ist der feststehende Teil des Motors. Er erzeugt ein Magnetfeld durch:

• Elektromagnete: Spulen aus Kupferdraht (bei den meisten Motortypen)
• Permanentmagnete: Bei bestimmten Motortypen wie PSM
• Eisenkern: Verstaerkt das Magnetfeld

Rotor (Laeufer)

Der Rotor ist der drehende Teil, der die mechanische Arbeit verrichtet:

• Bei Gleichstrommotoren: Wicklungen auf einem Eisenkern
• Bei Asynchronmotoren: Kaefiglaeufer aus Aluminium oder Kupfer
• Bei Synchronmotoren: Permanentmagnete oder Elektromagnete
• Verbunden mit der Antriebswelle

Weitere Komponenten

• Lager: Ermoeglichen reibungsarme Drehung des Rotors
• Gehaeuse: Schuetzt die inneren Teile und leitet Waerme ab
• Kuehlsystem: Fluessigkeits- oder Luftkuehlung
• Encoder: Misst Position und Drehzahl des Rotors
• Leistungselektronik: Steuert den Motor (Inverter/Umrichter)

Wie funktioniert ein Elektromotor? Die Funktionsweise erklaert

Die Funktionsweise des Elektromotors laesst sich in einfachen Schritten erklaeren:

Schritt 1: Magnetfeld im Stator

Wenn Strom durch die Statorwicklungen fliesst, entsteht ein Magnetfeld. Bei Wechselstrom (AC) dreht sich dieses Feld automatisch - man nennt es Drehfeld.

Schritt 2: Wechselwirkung mit dem Rotor

Das Magnetfeld des Stators interagiert mit dem Rotor. Je nach Motortyp:

• Asynchronmotor: Das Drehfeld induziert Strom im Rotor, der ein Gegenfeld erzeugt
• Synchronmotor: Die Permanentmagnete des Rotors folgen dem Drehfeld
• Gleichstrommotor: Der Kommutator kehrt die Stromrichtung um

Schritt 3: Drehbewegung

Die magnetischen Kraefte zwischen Stator und Rotor erzeugen ein Drehmoment, das den Rotor in Bewegung setzt. Diese Drehung wird an die Antriebswelle uebertragen.

Typen von Elektromotoren im Ueberblick

Gleichstrommotor (DC-Motor)

Der Gleichstrommotor war der erste Elektromotortyp und wird heute noch in kleineren Anwendungen verwendet.

Aufbau Gleichstrommotor

• Stator mit Permanentmagneten oder Feldwicklungen
• Rotor mit Wicklungen (Anker)
• Kommutator: Mechanischer Umschalter fuer die Stromrichtung
• Buersten: Uebertragen Strom auf den rotierenden Anker

Vor- und Nachteile

• Vorteile: Einfache Drehzahlregelung, hohes Anlaufmoment
• Nachteile: Verschleiss an Buersten, Wartungsaufwand, Funkenbildung

Asynchronmotor (Induktionsmotor)

Der Asynchronmotor ist robust, guenstig und wird oft in Elektroautos verwendet (z.B. Tesla Model S Hinterachse).

• Keine Permanentmagnete noetig (keine seltenen Erden)
• Rotor laeuft immer etwas langsamer als das Drehfeld (daher "asynchron")
• Kaefiglaeufer-Design ist besonders robust
• Hohe Drehzahlen moeglich

Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM)

Der PSM ist der effizienteste Motortyp und wird in den meisten modernen Elektroautos eingesetzt.

• Permanentmagnete im Rotor (meist Neodym-Magnete)
• Rotor dreht synchron mit dem Drehfeld
• Hoechster Wirkungsgrad (bis 97%)
• Kompakt und leistungsstark

Fremderregter Synchronmotor (FSM)

Verwendet z.B. bei BMW und Renault als Alternative zum PSM:

• Elektromagnete statt Permanentmagnete im Rotor
• Keine seltenen Erden noetig
• Magnetfeld kann variiert werden

Elektromotor im Vergleich zum Verbrennungsmotor

Elektromotoren in Elektroautos

In modernen Elektrofahrzeugen kommen verschiedene Motorkonzepte zum Einsatz:

Typische Leistungsdaten

• Kompaktklasse (VW ID.3): 150 kW (204 PS)
• Mittelklasse (Tesla Model 3): 208-377 kW
• Oberklasse (Mercedes EQS): bis 560 kW
• Supersportwagen (Rimac Nevera): 1.408 kW (1.914 PS)

Antriebskonzepte

• Einzelmotor: Ein Motor an Vorder- oder Hinterachse
• Dualmotor: Je ein Motor pro Achse (Allradantrieb)
• Tri-Motor: Drei Motoren (z.B. Tesla Model S Plaid)
• Radnabenmotor: Motor direkt im Rad (noch selten)

Vor- und Nachteile des Elektromotors

Vorteile

• Hoher Wirkungsgrad: Bis zu 97% der Energie wird in Bewegung umgewandelt
• Volles Drehmoment ab Stillstand: Kraftvolle Beschleunigung
• Rekuperation: Bremsenergie wird zurueckgewonnen
• Geringe Wartungskosten: Keine Oelwechsel, wenig Verschleiss
• Leise: Kaum hoerbar im Betrieb
• Lokal emissionsfrei: Keine Abgase am Fahrzeug

Nachteile

• Seltene Erden: Einige Motortypen benoetigen kritische Rohstoffe
• Waermeentwicklung: Unter Vollast starke Erwaermung
• Abhaengigkeit von Batterie: Reichweite begrenzt durch Energiespeicher

Fazit: Die Zukunft gehoert dem Elektromotor

Der Elektromotor ist dem Verbrennungsmotor in fast allen technischen Belangen ueberlegen: hoehere Effizienz, mehr Drehmoment, weniger Wartung und keine lokalen Emissionen. Sein Aufbau ist eleganter und hat weniger Verschleissteile.

Ob Gleichstrommotor, Asynchronmotor oder Permanentmagnet-Synchronmotor - die Funktionsweise basiert immer auf dem gleichen physikalischen Prinzip: der Wechselwirkung von Magnetfeldern. Diese einfache, aber geniale Technologie treibt die Mobilitaetswende voran und wird den Verbrennungsmotor langfristig abloesen.