An ElektromotorEin Elektromotor ist ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, und seit Faradays Erfindung des ersten Elektromotors konnten wir unser Leben ohne dieses Gerät überall führen.
Heutzutage wandeln sich Autos rasant von überwiegend mechanisch angetriebenen Fahrzeugen hin zu elektrisch betriebenen Fahrzeugen, und der Einsatz von Motoren in Autos wird immer verbreiteter. Viele Autofahrer wissen möglicherweise nicht, wie viele Motoren in ihrem Fahrzeug verbaut sind. Die folgende Einführung hilft Ihnen dabei, die Motoren in Ihrem Auto zu identifizieren.
Anwendungen von Motoren in Autos
Um herauszufinden, wo sich der Motor in Ihrem Auto befindet, ist der elektrisch verstellbare Sitz der ideale Ort dafür. In Kleinwagen ermöglichen Motoren typischerweise die Längsverstellung und die Neigung der Rückenlehne. In Oberklassewagen,ElektromotorenDie Sitzhöhe lässt sich beispielsweise durch Verstellen der Sitzfläche, der Rückenlehne, der Lendenwirbelstütze, der Kopfstützenverstellung und des Polsterhärtegrads anpassen. Weitere Funktionen, die ohne Elektromotoren genutzt werden, sind das elektrische Umklappen der Sitze und das elektrische Beladen der Rücksitze.
Scheibenwischer sind das häufigste Beispiel fürElektromotorAnwendungen in modernen Autos. Typischerweise verfügt jedes Auto über mindestens einen Wischermotor für die Frontscheibenwischer. Heckscheibenwischer werden bei SUVs und Fahrzeugen mit Flügeltüren immer beliebter, weshalb Heckscheibenwischer und die entsprechenden Motoren in den meisten Autos vorhanden sind. Ein weiterer Motor pumpt die Scheibenwaschflüssigkeit zur Windschutzscheibe und bei manchen Autos auch zu den Scheinwerfern, die gegebenenfalls über einen eigenen kleinen Wischer verfügen.
Fast jedes Auto verfügt über ein Gebläse, das die Luft im Heiz- und Kühlsystem zirkulieren lässt; viele Fahrzeuge haben zwei oder mehr Lüfter im Innenraum. Hochwertige Fahrzeuge besitzen zudem Lüfter in den Sitzen zur Belüftung der Sitzpolster und zur Wärmeverteilung.
Früher wurden Fenster oft manuell geöffnet und geschlossen, heute sind elektrische Fensterheber Standard. In jedem Fenster, einschließlich Schiebedächern und Heckscheiben, ist ein Motor verbaut. Die Aktuatoren dieser Fenster können so einfach wie Relais sein, doch Sicherheitsanforderungen (wie die Erkennung von Hindernissen oder das Festklemmen von Objekten) erfordern den Einsatz intelligenterer Aktuatoren mit Bewegungsüberwachung und Antriebskraftbegrenzung.
Durch den Wechsel von manuellen zu elektrischen Türschlössern wird die Bedienung von Autos komfortabler. Zu den Vorteilen der motorisierten Steuerung zählen praktische Funktionen wie die Fernbedienung sowie erhöhte Sicherheit und intelligente Funktionen wie die automatische Entriegelung nach einem Unfall. Im Gegensatz zu elektrischen Fensterhebern müssen elektrische Türschlösser die Möglichkeit der manuellen Bedienung beibehalten, was sich auf die Konstruktion des Motors und die Struktur des Türschlosses auswirkt.
Die Anzeigen in Armaturenbrettern und Instrumententafeln haben sich zwar zu Leuchtdioden (LEDs) oder anderen Displaytypen weiterentwickelt, doch heutzutage werden alle Instrumente und Anzeigen von kleinen Elektromotoren gesteuert. Weitere Motoren, die Komfortfunktionen bieten, sind beispielsweise das Einklappen und Verstellen der Außenspiegel, aber auch Anwendungen für besondere Anlässe wie Cabrioverdecke, versenkbare Pedale und Trennscheiben zwischen Fahrer und Beifahrer.
Unter der Motorhaube finden Elektromotoren immer häufiger Verwendung. In vielen Fällen ersetzen sie riemengetriebene mechanische Komponenten. Beispiele hierfür sind Kühlerlüfter, Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen und Kompressoren. Der Umstieg von Riemen- auf Elektroantrieb bietet mehrere Vorteile. Zum einen ist der Einsatz von Elektromotoren in modernen elektronischen Geräten energieeffizienter als der Einsatz von Riemen und Riemenscheiben. Dies führt zu Vorteilen wie einem geringeren Kraftstoffverbrauch, reduziertem Gewicht und niedrigeren Emissionen. Ein weiterer Vorteil ist die größere Gestaltungsfreiheit bei der Verwendung von Elektromotoren, da die Montageorte von Pumpen und Lüftern nicht mehr durch den Keilriemen eingeschränkt sind, der an jeder Riemenscheibe befestigt werden muss.
Trends in der Fahrzeugmotorentechnologie
Elektromotoren sind an den im obigen Diagramm markierten Stellen unverzichtbar, und in der Folge, da das Auto immer elektronischer wird und Fortschritte beim autonomen Fahren und der Intelligenz erzielt werden, werden Elektromotoren immer häufiger im Auto eingesetzt, und auch die Art der Antriebsmotoren ändert sich.
Während früher die meisten Motoren in Autos mit dem Standard-12-V-Bordnetz betrieben wurden, setzen sich heute Dual-Voltage-Systeme mit 12 V und 48 V immer mehr durch. Durch das Dual-Voltage-System können einige der stromintensiven Verbraucher von der 12-V-Batterie entkoppelt werden. Der Vorteil einer 48-V-Versorgung liegt in der vierfachen Stromreduzierung bei gleicher Leistung und der damit einhergehenden Gewichtsreduzierung von Kabeln und Motorwicklungen. Anwendungen mit hohem Stromverbrauch, die auf 48 V umgerüstet werden können, sind beispielsweise Anlasser, Turbolader, Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen und Lüfter. Der Einsatz 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 vielfältige Weise kategorisiert werden.
1. Klassifizierung nach Betriebsenergiequelle – Je nach Betriebsenergiequelle lassen sich Motoren in Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren einteilen. Wechselstrommotoren werden wiederum in Einphasen- und Dreiphasenmotoren unterteilt.
2. Nach Funktionsprinzip – je nach Aufbau und Funktionsprinzip lassen sich Motoren in Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren und Synchronmotoren unterteilen. Synchronmotoren können weiter in Permanentmagnet-Synchronmotoren, Reluktanz-Synchronmotoren und Hysteresemotoren unterteilt werden. Asynchronmotoren lassen sich in Induktionsmotoren und Wechselstrom-Kommutatormotoren unterteilen.
3. Klassifizierung nach Anlauf- und Betriebsart - Motoren können nach Anlauf- und Betriebsart in kondensatorangelaufene Einphasen-Asynchronmotoren, kondensatorlaufende Einphasen-Asynchronmotoren, kondensatorangelaufene Einphasen-Asynchronmotoren und Spaltphasen-Einphasen-Asynchronmotoren unterteilt werden.
4. Klassifizierung nach Verwendungszweck – Elektromotoren lassen sich nach ihrem Verwendungszweck in Antriebsmotoren und Steuermotoren unterteilen. Antriebsmotoren werden unterteilt in Elektrowerkzeuge (einschließlich Bohr-, Polier-, Schleif-, Nuten-, Schneid- und Reibwerkzeuge), Haushaltsgeräte (einschließlich Waschmaschinen, Ventilatoren, Kühlschränke, Klimaanlagen, Kassettenrekorder, Videorecorder, DVD-Player, Staubsauger, Kameras, Haartrockner, Elektrorasierer usw.) und sonstige Kleinmaschinen und -geräte (einschließlich verschiedener Werkzeugmaschinen, Kleinmaschinen, medizinischer Geräte, elektronischer Instrumente usw.). Steuermotoren werden unterteilt in Schrittmotoren und Servomotoren.
5. Klassifizierung nach der Rotorstruktur - Motoren können nach der Rotorstruktur in Käfigläufermotoren (nach altem Standard als Kurzschlussläufer-Asynchronmotor bezeichnet) und Drahtwicklungsläufermotoren (nach altem Standard als Drahtwicklungs-Asynchronmotor bezeichnet) unterteilt werden.
6. Klassifizierung nach der Betriebsdrehzahl - Motoren können nach der Betriebsdrehzahl in Hochgeschwindigkeitsmotoren, Niedriggeschwindigkeitsmotoren, Konstantdrehzahlmotoren und Drehzahlmotoren unterteilt werden.
Aktuell werden in Karosserieanwendungen meist Bürsten-Gleichstrommotoren eingesetzt – eine bewährte Lösung. Diese Motoren sind einfach anzusteuern und dank der Kommutierungsfunktion der Bürsten relativ kostengünstig. In manchen Anwendungen bieten bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) jedoch deutliche Vorteile hinsichtlich der Leistungsdichte. Dies reduziert das Gewicht, senkt den Kraftstoffverbrauch und verringert die Emissionen. Hersteller setzen BLDC-Motoren daher zunehmend in Scheibenwischern sowie in Gebläsen und Pumpen für Heizung, Lüftung und Klimaanlage (HLK) ein. In diesen Anwendungen laufen die Motoren in der Regel über längere Zeiträume und nicht nur kurzzeitig, wie beispielsweise bei elektrischen Fensterhebern oder Sitzverstellungen. Hier sind die Einfachheit und Kosteneffizienz von Bürstenmotoren weiterhin von Vorteil.
Elektromotoren, die für Elektrofahrzeuge geeignet sind
Der Übergang von kraftstoffsparenden Fahrzeugen zu rein elektrischen Fahrzeugen wird eine Verlagerung hin zu motorbetriebenen Antrieben als Herzstück des Autos mit sich bringen.
Das Antriebssystem ist das Herzstück eines Elektrofahrzeugs und besteht aus einem Motor, einem Leistungswandler, verschiedenen Sensoren und einem Netzteil. Geeignete Motoren für Elektrofahrzeuge sind unter anderem Gleichstrommotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren und Reluktanzmotoren.
Gleichstrommotoren wandeln elektrische Gleichstromenergie in mechanische Energie um und werden aufgrund ihrer guten Drehzahlregelung häufig in elektrischen Antriebsmaschinen eingesetzt. Sie zeichnen sich zudem durch ein hohes Anlaufdrehmoment und eine relativ einfache Steuerung aus. Daher eignen sie sich für alle Maschinen, die unter hoher Last anlaufen oder eine gleichmäßige Drehzahlregelung erfordern, wie beispielsweise große reversible Walzwerke, Winden, Elektrolokomotiven, Straßenbahnen usw.
Bürstenlose Gleichstrommotoren eignen sich hervorragend für die Lastcharakteristik von Elektrofahrzeugen. Sie zeichnen sich durch ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen aus und liefern ein hohes Anlaufdrehmoment, um die Beschleunigungsanforderungen von Elektrofahrzeugen zu erfüllen. Gleichzeitig können sie in einem breiten Drehzahlbereich von niedrig bis hoch betrieben werden und weisen einen hohen Wirkungsgrad auf, insbesondere bei geringer Last. Der Nachteil besteht darin, dass der Motor selbst komplexer als ein Wechselstrommotor und die Steuerung komplexer als ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor ist.
Ein Asynchronmotor, auch Induktionsmotor genannt, ist ein Gerät, bei dem sich der Rotor in einem rotierenden Magnetfeld befindet. Durch die Einwirkung dieses Magnetfelds wird ein Drehmoment erzeugt, wodurch sich der Rotor dreht. Asynchronmotoren sind einfach aufgebaut, leicht herzustellen und zu warten. Sie weisen ein nahezu konstantes Drehzahlverhalten auf und erfüllen die Anforderungen der meisten Industrie- und Landwirtschaftsmaschinen. Allerdings ist die Drehzahl des Asynchronmotors konstant und entspricht der Drehzahl im rotierenden Magnetfeld. Daher ist die Drehzahlregelung ungenau und weniger wirtschaftlich als bei einem flexiblen Gleichstrommotor. Zudem sind Asynchronmotoren für Anwendungen mit hoher Leistung und niedriger Drehzahl weniger geeignet als Synchronmotoren.
Der Permanentmagnet-Synchronmotor ist ein Synchronmotor, der durch die Erregung von Permanentmagneten ein synchrones Drehfeld erzeugt. Die Permanentmagnete fungieren dabei als Rotor und erzeugen ein Drehfeld, das über den Anker in den dreiphasigen Statorwicklungen induziert wird und so dreiphasige, symmetrische Ströme induziert. Permanentmagnetmotoren sind klein, leicht, besitzen ein geringes Trägheitsmoment und eine hohe Leistungsdichte und eignen sich daher für Elektrofahrzeuge mit begrenztem Platzangebot. Darüber hinaus weisen sie ein hohes Drehmoment-Trägheitsmoment-Verhältnis, eine hohe Überlastfähigkeit und ein hohes Drehmoment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, auf, was sie ideal für die Anfahrbeschleunigung von Elektrofahrzeugen macht. Daher sind Permanentmagnetmotoren in der Elektromobilitätsbranche im In- und Ausland weit verbreitet und werden in zahlreichen Elektrofahrzeugen eingesetzt. Beispielsweise werden die meisten Elektrofahrzeuge in Japan von Permanentmagnetmotoren angetrieben, wie sie auch im Toyota Prius Hybrid verwendet werden.
Veröffentlichungsdatum: 31. Januar 2024