Da die Materialkosten sinken und die Steuerungstechnologien verbessert werden, wird erwartet, dass Permanentmagnet-Synchronmotoren die nächste Generation von Elektrofahrzeug-Antriebssträngen dominieren werden.
Da die weltweite Elektrofahrzeugindustrie (EV) weiter wächst, sind Effizienz und Leistung zu Schlüsselfaktoren bei der Antriebsstrangkonstruktion geworden. Unter den verschiedenen Motortechnologien ist die Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) hat sich aufgrund seiner hohen Effizienz, kompakten Größe und überlegenen Drehmomentdichte zur beliebtesten Wahl für moderne Elektrofahrzeuge entwickelt.
Ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist eine Art Wechselstrom-Synchronmotor, der Permanentmagnete verwendet, die in den Rotor eingebettet oder daran befestigt sind, um ein konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Der Stator erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, das mit Wechselstrom betrieben wird und mit den Rotormagneten interagiert, wodurch dieser sich synchron mit dem Statorfeld dreht.
Im Gegensatz zu Induktionsmotoren, die zur Erzeugung von Magnetfeldern auf induzierten Strom angewiesen sind, verwenden PMSMs Permanentmagnete – oft aus Seltenerdmaterialien wie Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) – für eine bessere magnetische Stärke und Energieeffizienz.
• Pkw-Elektroautos (z. B. Tesla, Nissan, Hyundai)
• Elektrobusse und LKWs
• Zweiräder und E-Scooter
• Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs)
• Industrielle Elektrofahrzeuge und Gabelstapler
Die Flexibilität der PMSM-Technologie ermöglicht es Herstellern, Leistungsmerkmale wie Drehmoment, Geschwindigkeit und Effizienz an die spezifischen Fahrzeuganforderungen anzupassen.
Der PMSM-Motor ist eine Kerntechnologie, die die Revolution der Elektrofahrzeuge vorantreibt. Mit seiner hohen Effizienz, seinem kompakten Design und seiner überlegenen Drehmomentleistung ermöglicht es Herstellern von Elektrofahrzeugen, eine größere Reichweite, schnellere Beschleunigung und ein sanfteres Fahrerlebnis zu erreichen.
Da die Materialkosten sinken und die Steuerungstechnologien verbessert werden, wird erwartet, dass Permanentmagnet-Synchronmotoren die nächste Generation von Elektrofahrzeug-Antriebssträngen dominieren werden.
Das PMSM arbeitet nach dem Prinzip der synchronen Rotation:
• Der Stator wird mit dreiphasigem Wechselstrom versorgt und erzeugt so ein rotierendes Magnetfeld.
• Der mit Permanentmagneten ausgestattete Rotor richtet sich synchron zum Statorfeld aus und dreht sich.
• Normalerweise wird ein Rotorpositionssensor oder Encoder verwendet, um die Synchronisierung aufrechtzuerhalten und so ein gleichmäßiges Drehmoment und eine präzise Steuerung sicherzustellen.
• Aufgrund dieses synchronen Verhaltens liefern PMSMs ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, was sie ideal für Antriebssysteme von Elektrofahrzeugen macht.
Auf der Rotoroberfläche sind Magnete angebracht.
Vorteile: Einfaches Design, schnelle dynamische Reaktion.
Anwendungen: Leichte Elektrofahrzeuge, Roller und kleine Personenkraftwagen.
Im Rotor sind Magnete eingebettet.
Vorteile: Höhere Drehmomentdichte, bessere Feldschwächleistung und verbesserter Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen.
Anwendungen: Die meisten modernen Elektroautos, einschließlich Tesla Model 3 und Nissan Leaf, verwenden IPMSM-Designs.
PMSMs bieten Wirkungsgrade von bis zu 95–97 %, reduzieren den Energieverlust und erhöhen die Reichweite des Elektrofahrzeugs. Dieser hohe Wirkungsgrad ist auf geringere Kupferverluste im Rotor im Vergleich zu Induktionsmotoren zurückzuführen.
Durch den Einsatz starker Seltenerdmagnete können PMSM-Motoren ein höheres Drehmoment pro Gewichtseinheit erreichen, was zu kompakten und leichten Antriebssystemen führt – ein entscheidender Vorteil bei Elektrofahrzeugen.
PMSMs sorgen für eine sofortige Drehmomentreaktion und sanfte Beschleunigung und tragen so zu einem reaktionsschnelleren und komfortableren Fahrerlebnis bei.
Da keine Rotorwicklungen vorhanden sind, erzeugen PMSMs weniger Wärme, was zur Verbesserung der Systemzuverlässigkeit und Lebensdauer beiträgt.
Der Synchronbetrieb des PMSM ermöglicht eine präzise Geschwindigkeits- und Positionssteuerung, die für Traktion und regeneratives Bremsen in Elektrofahrzeugen unerlässlich ist.
Hohe Effizienz
Dies ist wohl der wichtigste Vorteil für Elektrofahrzeuge. PMSMs zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus, der oft über 90–95 % liegt, insbesondere bei niedrigeren Geschwindigkeiten und Teillasten, die im Stadtverkehr übliche Betriebsbedingungen sind.
Hohe Leistungs- und Drehmomentdichte
Elektrofahrzeuge benötigen Motoren, die in einem kompakten und leichten Paket erhebliche Leistung und Drehmoment liefern können.
Hervorragende Beschleunigung
Die hohe Drehmomentdichte, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, ermöglicht eine starke und schnelle Beschleunigung und trägt so zu einem dynamischen Fahrerlebnis bei.
Reibungsloser und leiser Betrieb
PMSMs sind so konzipiert, dass sie eine sinusförmige elektromotorische Gegenkraft (EMF) erzeugen, die in Verbindung mit fortschrittlichen Steuerungsstrategien wie der feldorientierten Steuerung (FOC) zu einer sehr gleichmäßigen Drehmomentabgabe und minimaler Drehmomentwelligkeit führt. Mit bürstenlosen Motoren.
Regenerative Bremsfähigkeit
PMSMs eignen sich hervorragend für regeneratives Bremsen. Wenn der Fahrer vom Gaspedal geht oder die Bremse betätigt, kann der Motor als Generator fungieren und die kinetische Energie des Fahrzeugs wieder in elektrische Energie umwandeln, um die Batterie wieder aufzuladen. Dadurch werden die Gesamtenergieeffizienz und die Reichweite weiter verbessert.
Großer Geschwindigkeitsbereich (mit Feldschwächung)
Dies ist für die Traktion von Elektrofahrzeugen von entscheidender Bedeutung, da der Motor ein hohes Drehmoment für die Beschleunigung bei niedrigen Geschwindigkeiten und eine anhaltende Leistung bei hohen Reisegeschwindigkeiten liefern muss.
Geringer Wartungsaufwand und hohe Zuverlässigkeit
Durch den Verzicht auf Bürsten und Kommutatoren wird der mechanische Verschleiß erheblich reduziert, was zu einer höheren Zuverlässigkeit und einem geringeren Wartungsaufwand im Vergleich zu Gleichstrommotoren mit Bürsten führt.
Gute dynamische Reaktion
PMSMs haben eine geringe Rotorträgheit und können in Kombination mit einer präzisen elektronischen Steuerung sehr schnell auf Änderungen der Fahrereingaben (z. B. Beschleunigen oder Abbremsen) reagieren und so ein äußerst reaktionsschnelles Fahrgefühl vermitteln.
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| Funktion | PMSM | BLDC-Motor | Induktionsmotor (IM) |
| Effizienz | Sehr hoch (95–97 %) | Hoch (90–95 %) | Mäßig (85–90 %) |
| Drehmomentdichte | Ausgezeichnet | Gut | Mäßig |
| Geschwindigkeitsbereich | Breit (mit Feldschwächung) | Begrenzt | Breit |
| Kosten | Höher (aufgrund von Magneten) | Mittel | Niedriger |
| Wartung | Niedrig | Niedrig | Mittel |
| Typische Verwendung | High-End-Elektrofahrzeuge, Personenkraftwagen | E-Bikes, kleine Elektrofahrzeuge | Budget-Elektrofahrzeuge, ältere Designs |
PMSM-Motoren übertreffen die meisten Alternativen hinsichtlich Effizienz, Drehmomentdichte und Gesamtfahrleistung und sind damit die bevorzugte Wahl für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation.
Da die Materialkosten sinken und die Steuerungstechnologien verbessert werden, wird erwartet, dass Permanentmagnet-Synchronmotoren die nächste Generation von Elektrofahrzeug-Antriebssträngen dominieren werden.
