An Elektromotorist ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, und seit Faradays Erfindung des ersten Elektromotors können wir überall ohne dieses Gerät leben.
Heutzutage werden Autos immer häufiger von überwiegend mechanischen zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Motoren werden immer häufiger eingesetzt. Viele Menschen können nicht erraten, wie viele Motoren in ihrem Auto verbaut sind. Die folgende Einführung hilft Ihnen dabei, die Motoren in Ihrem Auto zu entdecken.
Anwendungen von Motoren in Autos
Um herauszufinden, wo sich der Motor in Ihrem Auto befindet, ist der elektrische Sitz der ideale Ort dafür. In Kleinwagen sorgen Motoren typischerweise für die Längsverstellung und die Neigung der Rückenlehne. In Premium-AutosElektromotorenDie Höhenverstellung kann beispielsweise die Neigung der Sitzfläche, die Lordosenstütze, die Kopfstützenverstellung und die Sitzhärte steuern. Weitere Funktionen, die ohne Elektromotoren genutzt werden können, sind das elektrische Umklappen der Sitze und das elektrische Laden der Rücksitze.
Scheibenwischer sind das häufigste Beispiel fürElektromotorAnwendungen in modernen Autos. Typischerweise verfügt jedes Auto über mindestens einen Wischermotor für die Frontscheibenwischer. Heckscheibenwischer erfreuen sich bei SUVs und Fahrzeugen mit Heckklappen zunehmender Beliebtheit, sodass Heckscheibenwischer und entsprechende Motoren in den meisten Fahrzeugen vorhanden sind. Ein weiterer Motor pumpt Scheibenwaschflüssigkeit zur Windschutzscheibe und bei manchen Fahrzeugen zu den Scheinwerfern, die über einen eigenen kleinen Wischer verfügen können.
Fast jedes Auto verfügt über ein Gebläse, das die Luft durch das Heiz- und Kühlsystem zirkulieren lässt. Viele Fahrzeuge haben zwei oder mehr Ventilatoren in der Kabine. Hochwertigere Fahrzeuge verfügen zusätzlich über Ventilatoren in den Sitzen zur Belüftung der Sitzkissen und zur Wärmeverteilung.
Früher wurden Fenster oft manuell geöffnet und geschlossen, heute sind elektrische Fensterheber weit verbreitet. In jedem Fenster, auch in Schiebedächern und Heckscheiben, sind versteckte Motoren verbaut. Die für diese Fenster verwendeten Aktuatoren können einfache Relais sein. Sicherheitsanforderungen (wie die Erkennung von Hindernissen oder eingeklemmten Objekten) führen jedoch zum Einsatz intelligenterer Aktuatoren mit Bewegungsüberwachung und Antriebskraftbegrenzung.
Durch die Umstellung von manuellen auf elektrische Verriegelungen werden Autoschlösser komfortabler. Zu den Vorteilen der motorisierten Steuerung gehören praktische Funktionen wie die Fernbedienung sowie verbesserte Sicherheit und intelligente Funktionen wie die automatische Entriegelung nach einer Kollision. Im Gegensatz zu elektrischen Fensterhebern müssen elektrische Türschlösser manuell bedienbar bleiben, was sich auf die Konstruktion des Motors und die Struktur des elektrischen Türschlosses auswirkt.
Anzeigen auf Armaturenbrettern oder in Kombiinstrumenten werden heute zwar mit Leuchtdioden (LEDs) oder anderen Displays betrieben, doch heute werden in allen Anzeigen kleine Elektromotoren eingesetzt. Weitere Motoren in der Komfortkategorie sind für gängige Funktionen wie das Anklappen und Verstellen der Seitenspiegel sowie für anspruchsvollere Anwendungen wie Cabrioverdecke, einklappbare Pedale und Glastrennwände zwischen Fahrer und Beifahrer zuständig.
Unter der Motorhaube sind Elektromotoren auch an vielen anderen Stellen immer häufiger anzutreffen. In vielen Fällen ersetzen Elektromotoren riemengetriebene mechanische Komponenten. Beispiele hierfür sind Kühlerlüfter, Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen und Kompressoren. Die Umstellung dieser Funktionen vom Riemen- auf den Elektroantrieb bietet mehrere Vorteile. Einer davon ist, dass der Einsatz von Antriebsmotoren in modernen elektronischen Geräten energieeffizienter ist als die Verwendung von Riemen und Riemenscheiben, was Vorteile wie verbesserte Kraftstoffeffizienz, geringeres Gewicht und niedrigere Emissionen mit sich bringt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verwendung von Elektromotoren anstelle von Riemen mehr Freiheit bei der mechanischen Konstruktion ermöglicht, da die Montageorte von Pumpen und Lüftern nicht durch den an jeder Riemenscheibe befestigten Keilrippenriemen eingeschränkt sind.
Trends in der Fahrzeugmotorentechnik
An den im obigen Diagramm markierten Stellen sind Elektromotoren unverzichtbar. Mit der zunehmenden Elektronik der Autos und den Fortschritten beim autonomen Fahren und der Intelligenz werden Elektromotoren in Autos immer häufiger eingesetzt, und auch die Art der Motoren für den Antrieb ändert sich.
Während früher die meisten Automotoren mit Standard-12-V-Systemen betrieben wurden, setzen sich heute Doppelspannungssysteme mit 12 und 48 V durch. Durch das Doppelspannungssystem kann die 12-V-Batterie von einigen der höheren Stromlasten entlastet werden. Der Vorteil einer 48-V-Versorgung liegt in einer vierfachen Stromreduzierung bei gleicher Leistung und der damit verbundenen Gewichtsreduzierung von Kabeln und Motorwicklungen. Zu den Anwendungen mit hohen Stromlasten, die auf 48 V umgerüstet werden können, gehören Anlasser, Turbolader, Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen und Kühlerlüfter. Durch die Installation eines 48-V-Bordnetzes für diese Komponenten lassen sich etwa 10 Prozent Kraftstoff einsparen.
Motortypen verstehen
Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Motoren und Motoren können auf verschiedene Weise kategorisiert werden.
1. Klassifizierung basierend auf der Betriebsstromquelle - Abhängig von der Betriebsstromquelle des Motors kann dieser in Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren eingeteilt werden. Darunter werden Wechselstrommotoren auch in Einphasenmotoren und Dreiphasenmotoren unterteilt.
2. Nach dem Funktionsprinzip – je nach Aufbau und Funktionsprinzip kann der Motor in Gleichstrommotor, Asynchronmotor und Synchronmotor unterteilt werden. Synchronmotoren können auch in Permanentmagnet-Synchronmotoren, Reluktanz-Synchronmotoren und Hysteresemotoren unterteilt werden. Asynchronmotoren können in Induktionsmotoren und Wechselstrom-Kommutatormotoren unterteilt werden.
3. Klassifizierung nach Start- und Betriebsmodus – Motoren können je nach Start- und Betriebsmodus in kondensatorgestartete Einphasen-Asynchronmotoren, kondensatorgeführte Einphasen-Asynchronmotoren, kondensatorgestartete Einphasen-Asynchronmotoren und Spaltphasen-Einphasen-Asynchronmotoren unterteilt werden.
4. Klassifizierung nach Verwendungszweck – Elektromotoren lassen sich je nach Verwendungszweck in Antriebsmotoren und Steuermotoren unterteilen. Antriebsmotoren werden in Elektrowerkzeuge (einschließlich Bohr-, Polier-, Schleif-, Schlitz-, Schneid-, Reibwerkzeuge und andere Werkzeuge) mit Elektromotoren, Haushaltsgeräte (einschließlich Waschmaschinen, Ventilatoren, Kühlschränke, Klimaanlagen, Tonbandgeräte, Videorekorder, Videorekorder, DVD-Player, Staubsauger, Kameras, Haartrockner, Elektrorasierer usw.) mit Elektromotoren und andere allgemeine Kleinmaschinen und -geräte (einschließlich verschiedener kleiner Werkzeugmaschinen, Kleinmaschinen, medizinischer Geräte, elektronischer Instrumente usw.) unterteilt. Steuermotoren werden in Schrittmotoren und Servomotoren unterteilt.
5. Klassifizierung nach der Struktur des Rotors – Motoren können je nach der Struktur des Rotors in Käfigläufer-Induktionsmotoren (der alte Standard heißt Käfigläufer-Asynchronmotor) und Drahtwickelläufer-Induktionsmotoren (der alte Standard heißt Drahtwickel-Asynchronmotor) unterteilt werden.
6. Klassifizierung nach Betriebsgeschwindigkeit – Motoren können je nach Betriebsgeschwindigkeit in Hochgeschwindigkeitsmotoren, Niedriggeschwindigkeitsmotoren, Motoren mit konstanter Geschwindigkeit und Drehzahlmotoren unterteilt werden.
Derzeit werden in Karosserieanwendungen meist bürstenbehaftete Gleichstrommotoren eingesetzt, was eine traditionelle Lösung darstellt. Diese Motoren sind aufgrund der Kommutierungsfunktion der Bürsten einfach anzutreiben und relativ kostengünstig. In einigen Anwendungen bieten bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) erhebliche Vorteile hinsichtlich der Leistungsdichte, was zu geringerem Gewicht, besserem Kraftstoffverbrauch und niedrigeren Emissionen führt. Hersteller setzen BLDC-Motoren daher zunehmend in Scheibenwischern sowie Gebläsen und Pumpen für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) ein. In diesen Anwendungen laufen Motoren eher über lange Zeiträume als im Kurzzeitbetrieb, beispielsweise bei elektrischen Fensterhebern oder elektrisch verstellbaren Sitzen. Hier sind die Einfachheit und Kosteneffizienz von Bürstenmotoren weiterhin von Vorteil.
Für Elektrofahrzeuge geeignete Elektromotoren
Der Übergang von kraftstoffsparenden Fahrzeugen zu reinen Elektrofahrzeugen wird zu einer Verlagerung hin zu motorbetriebenen Motoren im Herzen des Autos führen.
Das Motorantriebssystem ist das Herzstück eines Elektrofahrzeugs und besteht aus einem Motor, einem Stromrichter, verschiedenen Erkennungssensoren und einer Stromversorgung. Geeignete Motoren für Elektrofahrzeuge sind unter anderem: Gleichstrommotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren und Reluktanzmotoren.
Ein Gleichstrommotor wandelt Gleichstrom in mechanische Energie um und wird aufgrund seiner guten Drehzahlregelung häufig in der Elektromobilität eingesetzt. Er zeichnet sich außerdem durch ein hohes Anlaufdrehmoment und eine relativ einfache Steuerung aus. Daher eignet er sich für alle Maschinen, die unter hoher Last anlaufen oder eine gleichmäßige Drehzahlregelung erfordern, wie z. B. große reversible Walzwerke, Winden, Elektrolokomotiven, Straßenbahnen usw.
Bürstenlose Gleichstrommotoren sind optimal auf die Lasteigenschaften von Elektrofahrzeugen abgestimmt. Sie zeichnen sich durch hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen aus und bieten ein hohes Anlaufdrehmoment, um die Beschleunigungsanforderungen von Elektrofahrzeugen zu erfüllen. Gleichzeitig können sie in einem breiten Drehzahlbereich von niedrigen, mittleren und hohen Drehzahlen betrieben werden. Sie zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und weisen auch bei geringer Last einen hohen Wirkungsgrad auf. Der Nachteil besteht darin, dass der Motor selbst komplexer ist als ein Wechselstrommotor und die Steuerung komplexer ist als bei einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor.
Ein Asynchronmotor, auch Induktionsmotor genannt, ist ein Gerät, dessen Rotor in einem rotierenden Magnetfeld angeordnet ist. Unter der Einwirkung des rotierenden Magnetfelds entsteht ein Drehmoment, wodurch sich der Rotor dreht. Der Aufbau eines Asynchronmotors ist einfach, leicht herzustellen und zu warten, er weist eine nahezu konstante Drehzahl- und Lastcharakteristik auf und erfüllt die Anforderungen der meisten industriellen und landwirtschaftlichen Produktionsmaschinen. Allerdings hat der Asynchronmotor eine feste Drehzahl und die Synchrondrehzahl seines rotierenden Magnetfelds, wodurch die Drehzahlregelung schlecht und nicht so wirtschaftlich wie bei einem Gleichstrommotor ist und flexibel bleibt. Darüber hinaus sind Asynchronmotoren bei Anwendungen mit hoher Leistung und niedriger Drehzahl nicht so sinnvoll wie Synchronmotoren.
Ein Permanentmagnet-Synchronmotor ist ein Synchronmotor, der durch die Erregung von Permanentmagneten ein synchrones rotierendes Magnetfeld erzeugt. Diese Permanentmagnete fungieren als Rotor und erzeugen ein rotierendes Magnetfeld. Die dreiphasigen Statorwicklungen reagieren unter der Wirkung des rotierenden Magnetfelds über den Anker und induzieren dreiphasige symmetrische Ströme. Der Permanentmagnetmotor ist klein, leicht, hat eine geringe Trägheit und eine hohe Leistungsdichte, wodurch er sich für Elektrofahrzeuge mit begrenztem Platzangebot eignet. Darüber hinaus verfügt er über ein großes Drehmoment-Trägheits-Verhältnis, eine hohe Überlastfähigkeit und ein hohes Ausgangsdrehmoment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, was für die Beschleunigung von automatisierten Fahrzeugen beim Anfahren geeignet ist. Daher sind Permanentmagnetmotoren in der in- und ausländischen Elektrofahrzeugbranche allgemein anerkannt und werden in zahlreichen Elektrofahrzeugen eingesetzt. Beispielsweise werden die meisten Elektrofahrzeuge in Japan von Permanentmagnetmotoren angetrieben, die auch im Toyota Prius Hybrid zum Einsatz kommen.
Veröffentlichungszeit: 31. Januar 2024