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 wandeln sich Autos rasant von überwiegend mechanischen zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, und der Einsatz von Motoren in Fahrzeugen nimmt immer mehr zu. Viele Menschen können möglicherweise 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, beispielsweise die Neigung der Sitzfläche, die Lordosenstütze, die Kopfstützenverstellung und die Sitzhärte, lässt sich 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 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 im Innenraum. Hochwertigere Fahrzeuge haben zusätzlich Ventilatoren in den Sitzen zur Belüftung der Sitzpolster 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 komfortable 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 zwar mittlerweile mit Leuchtdioden (LEDs) oder anderen Displays ausgestattet, doch heute werden in allen Anzeigen kleine Elektromotoren eingesetzt. Weitere Motoren in der Komfortkategorie umfassen gängige Funktionen wie das Anklappen und Verstellen der Seitenspiegel sowie anspruchsvollere Anwendungen wie Cabrioverdecke, einklappbare Pedale und Trennscheiben zwischen Fahrer und Beifahrer.
Unter der Motorhaube sind Elektromotoren auch an vielen anderen Stellen immer häufiger anzutreffen. Oft ersetzen Elektromotoren riemengetriebene mechanische Komponenten, beispielsweise in Kühlerlüftern, Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen und Kompressoren. Die Umstellung von Riemen- auf Elektroantrieb bietet mehrere Vorteile. Einer davon ist, dass Antriebsmotoren in modernen elektronischen Geräten energieeffizienter sind als Riemen und Riemenscheiben, was zu Vorteilen wie verbessertem Kraftstoffverbrauch, geringerem Gewicht und niedrigeren Emissionen führt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Elektromotoren anstelle von Riemen mehr Freiheiten bei der mechanischen Konstruktion bieten, da die Montageorte von Pumpen und Lüftern nicht durch den an jeder Riemenscheibe befestigten Keilriemen eingeschränkt sind.
Trends in der Fahrzeugmotorentechnologie
An den in der Abbildung oben markierten Stellen sind Elektromotoren unverzichtbar. Mit der zunehmenden Elektronik der Autos und den Fortschritten beim autonomen Fahren und der Intelligenz werden Elektromotoren auch in Zukunft immer häufiger in Autos eingesetzt. Dabei ändert sich auch die Art der Motoren für den Antrieb.
Während früher die meisten Automotoren mit Standard-12-V-Systemen betrieben wurden, setzen sich heute Doppelspannungssysteme mit 12 und 48 V durch. Das Doppelspannungssystem ermöglicht es, die 12-V-Batterie von einigen der höheren Stromlasten zu entlasten. 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. Die Installation eines 48-V-Bordnetzes für diese Komponenten kann den Kraftstoffverbrauch um etwa 10 Prozent senken.
Motortypen verstehen
Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Motoren und Motoren können auf verschiedene Arten kategorisiert werden.
1. Klassifizierung nach Betriebsstromquelle – Je nach Betriebsstromquelle des Motors kann dieser in Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren eingeteilt werden. Wechselstrommotoren werden außerdem 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 Laufmodus – Motoren können je nach Start- und Laufmodus 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-, Stoß-, Schneid-, Reibwerkzeuge und andere Werkzeuge) mit Elektromotoren, Haushaltsgeräte (einschließlich Waschmaschinen, Ventilatoren, Kühlschränke, Klimaanlagen, Tonbandgeräte, Videorekorder, Videorecorder, DVD-Player, Staubsauger, Kameras, Haartrockner, Elektrorasierer usw.) mit Elektromotoren und andere allgemeine Kleinmaschinen und -geräte (einschließlich verschiedener kleiner Werkzeugmaschinen, Kleingeräte, medizinischer Geräte, elektronischer Instrumente usw.) unterteilt. Steuermotoren werden in Schrittmotoren und Servomotoren unterteilt.
5. Klassifizierung nach der Struktur des Rotors – Motoren können nach der Struktur des Rotors in Käfigläufer-Asynchronmotoren (der alte Standard heißt Käfigläufer-Asynchronmotor) und Drahtwickelläufer-Asynchronmotoren (der alte Standard heißt Drahtwickel-Asynchronmotor) unterteilt werden.
6. Klassifizierung nach der Betriebsgeschwindigkeit – Motoren können nach der Betriebsgeschwindigkeit in Hochgeschwindigkeitsmotoren, Niedriggeschwindigkeitsmotoren, Motoren mit konstanter Geschwindigkeit und Drehzahlmotoren unterteilt werden.
Derzeit verwenden die meisten Motoren in Karosserieanwendungen bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, eine traditionelle Lösung. 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 Gewichtseinsparungen, einem geringeren Kraftstoffverbrauch und niedrigeren Emissionen führt. Hersteller setzen BLDC-Motoren daher zunehmend in Scheibenwischern, Gebläsen und Pumpen von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) ein. In diesen Anwendungen laufen Motoren eher über lange Zeiträume als im Kurzzeitbetrieb, wie beispielsweise bei elektrischen Fensterhebern oder elektrisch verstellbaren Sitzen. Hier bieten die Einfachheit und Kosteneffizienz von Bürstenmotoren weiterhin Vorteile.
Für Elektrofahrzeuge geeignete Elektromotoren
Der Übergang von kraftstoffsparenden Fahrzeugen zu reinen Elektrofahrzeugen wird einen Übergang zu motorbetriebenen Motoren im Herzen des Autos mit sich bringen.
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 Belastungseigenschaften von Elektrofahrzeugen abgestimmt. Sie zeichnen sich durch hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen aus und bieten ein hohes Anlaufdrehmoment, um den Beschleunigungsanforderungen von Elektrofahrzeugen gerecht zu werden. Gleichzeitig können sie im niedrigen, mittleren und hohen Drehzahlbereich betrieben werden und zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus. Auch bei geringer Belastung ist der Motor selbst komplexer als ein Wechselstrommotor und die Steuerung komplexer 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 des 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. Die Drehzahl des Asynchronmotors und die synchrone Drehzahl des rotierenden Magnetfelds haben jedoch eine feste Drehzahl, wodurch die Drehzahlregelung schlecht und weniger wirtschaftlich als bei einem Gleichstrommotor ist. Zudem sind Asynchronmotoren bei Anwendungen mit hoher Leistung und niedriger Drehzahl nicht so wirtschaftlich wie Synchronmotoren.
Ein Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt durch die Erregung von Permanentmagneten ein rotierendes Magnetfeld. Diese fungieren als Rotor und erzeugen ein rotierendes Magnetfeld. Die dreiphasigen Statorwicklungen reagieren unter der Einwirkung des rotierenden Magnetfelds über den Anker und induzieren dreiphasige symmetrische Ströme. Der Permanentmagnetmotor ist klein, leicht, weist eine geringe Trägheit und eine hohe Leistungsdichte auf und eignet sich daher für Elektrofahrzeuge mit begrenztem Platzangebot. Darüber hinaus verfügt er über ein gutes Drehmoment-Trägheits-Verhältnis, eine hohe Überlastfähigkeit und ein hohes Ausgangsdrehmoment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, was sich für die Anfahrbeschleunigung von automatisierten Fahrzeugen eignet. 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