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.
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.
| 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.
• 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.
Da die Materialkosten sinken und die Steuerungstechnologien verbessert werden, wird erwartet, dass Permanentmagnet-Synchronmotoren die nächste Generation von Elektrofahrzeug-Antriebssträngen dominieren werden.
