Man hört viel von dem auch für Elektroautos so wichtigen Thema. Hier einmal der Versuch, die beiden miteinander zu vergleichen und dabei die Unterschiede herauszuarbeiten.

Zunächst einmal haben wir es hier mit Drehstrommaschinen zu tun. Sie sind beide bürstenlos, was bedeutet, es gibt keine wie auch immer geartete direkte elektrische Verbindung zwischen der Außenwelt und dem Rotor, dem drehenden Teil. Das heißt aber nicht, dass in diesem keine Stromleitungen verlegt sein können.

Dies ist massiv im Stator der Fall, dem stets festen Teil einer Drehstrommaschine. Stator heißt auch nicht unbedingt, dass er den Rotor umgibt, sondern es gibt auch Konstruktionen, bei denen sich der Rotor um den Stator dreht (letztes Video unten). Da wir aber auf der Suche nach Informationen über E-Motoren von Elektroautos sind, schließen wir diese Bauart hier aus.

Drehstrom, im Bild rechts, das sind diese drei Phasen, in denen zu einem bestimmten Zeitpunkt die Spannung nie übereinstimmt. Im Grunde sind es drei Wechselströme, im Bild links, die aber in einer gewissen Beziehung zu einander stehen. Man kann sich vereinfacht vorstellen, dass sie in einem Generator erzeugt wurden, wo ein magnetisierter Rotor in drei um 120° gegeneinander versetzte Wicklungen Spannungen induziert hat.

Das Gleiche, nur umgekehrt, passiert jetzt in einem Synchronmotor. Wichtig zu erwähnen, dass der Rotor aus einem Neodym-Magneten (seltene Erde) bestehen kann, der bezogen auf seine Masse wesentlich mehr magnetische Kraft entwickelt als ein herkömmlicher Ferrit-Magnet, wichtig, um am Motor des E-Autos Gewicht zu sparen.

Der Rotor des Asynchronmotors ist übrigens nicht von sich aus magnetisch, hier also schon einmal ein wichtiger Unterschied. Er ist durchzogen von Stromleitern, in denen durch das vom Stator erzeugte Magnetfeld elektromagnetische Kraft erzeugt wird, die zunächst geringer ist als die beim Synchronmotor, der dadurch beim Anlauf mehr Drehmoment erzeugen kann.

Egal, ob jetzt elektrisch erzeugt oder rein magnetisch, Nordpolen im Rotor stehen zunächst einmal Südpole im Stator gegenüber, was natürlich auch für die Südpole im Rotor gegenüber den Nordpolen im Rotor gilt. Damit sich etwas tut, müssen die Pole im Stator auf den jeweiligen Nachbarn in der verlangten Drehrichtung wechseln.

Die Verdrahtung des Stators bei einem Drehstrommotor unterscheidet sich von der oben gezeigten bei einem Generator. Hier werden die einzelnen Elektromagneten einzeln geschaltet, und zwar so, dass immer ein E-Magnet mit dem Nordpol zum Rotor hin einem solchen mit dem Südpol zum Rotor hin folgt und umgekehrt.

Bei beiden Motoren müssen also durch eine ausgeklügelte Elektronik die Felder quasi in Drehrichtung wechselnd angesteuert werden, so dass der Rotor mit seinen Feldern wie ein Hund hinterherläuft. Dabei bestimmt die Schnelligkeit des Wechselns die Drehzahl des Rotors, die beim Synchronmotor stets angepasst ist.

Umgekehrt wird ein Problem daraus. Je mehr Last ihm zugemutet wird, desto stärker hinkt er trotzdem irgendwann hinterher. Aber da er Synchronmotor heißt, ist der Winkel des Hinterherhinkens nicht beliebig. Man kann sagen, dass sich z.B. seine Nordpole im Rotor allerhöchstens so weit von den Südpolen im Stator entfernen dürfen, bis sie sich in der Mitte auf halbem Weg zum vorigen Nordpol befinden.

Wird der Abstand noch etwas größer, ist es aus und vorbei mit der Kraft des Synchronmotors. Er ist dann eben nicht mehr synchron. Es mag Schaltungen geben, die das Problem lösen helfen, die aber hier nicht Thema sind. Hinkt der Rotor des Synchronmotors um mehr als die Hälfte des Abstandes der E-Magneten im Stator hinterher, dann bleibt er stehen und brummt nur noch vernehmlich.

Sie ahnen schon, der Asynchronmotor unterscheidet sich hier wesentlich. Daher auch sein Name. Sein Magnetfeld wird quasi von außen erzeugt. So passiert bei Verzug eine Art Umorientierung. Das wirkt sich auf den E-Magnetismus im Rotor aus. Der läuft dann mit noch größerem Abstand dem rotierenden Magnetfeld hinterher, er ist nicht mehr synchron, also asynchron.

Der Asynchronmotor nimmt Überlastung viel weniger übel als der Synchronmotor, der schon vom Prinzip her nicht beliebig überlastet werden kann. Natürlich ist die Überlastung des Asynchronmotors immer mit einer stärkeren Erwärmung verbunden. Im nächsten Kapitel eine Weiterentwicklung der Drehfeldmaschinen, der Reluktanzmotor.