Geschwindigkeit und Leistung in Elektrofahrzeugen
In einem Elektromotor ist das Drehmoment eine Drehkraft, die eine Welle beschleunigt und die daran befestigte mechanische Last dreht. Sie wird im Allgemeinen in Einheiten wie Newtonmeter (Nm) oder Fuß-Pfund berechnet und unterscheidet sich von der Geschwindigkeit, die ein Maß dafür ist, wie schnell Arbeit erledigt wird.
Um den Zusammenhang zwischen Drehmoment, Drehzahl und Leistung zu verstehen, müssen wir uns zunächst ansehen, was Leistung eigentlich ist. Leistung ist eine Arbeitsleistung und wird in Einheiten wie Watt oder PS quantifiziert. Dabei handelt es sich um die Menge an Arbeit, die ein Motor leisten kann, und er kann in jede Richtung eingesetzt werden, um die gewünschte Anwendung zu erreichen. Um Leistung bereitzustellen, muss das Drehmoment des Motors durch die Reibungskräfte überwunden werden, die seiner Wirkung entgegenwirken. Je höher die Geschwindigkeit, desto mehr Kraft ist erforderlich, um diese Arbeit zu erledigen.
Das elektrische System eines Fahrzeugs ist in der Lage, enorme Energiemengen aus seinen Batterien zu entnehmen, diese in einen oder mehrere Elektromotoren zu leiten und diese dann mit beeindruckender Geschwindigkeit in Bewegung zu setzen. Dies gibt Elektrofahrzeugen die Möglichkeit, ihre Pendants mit Verbrennungsmotor in vielerlei Hinsicht zu übertreffen, einschließlich Beschleunigung, Leistung und Effizienz. Allerdings ist das Drehmoment, das ein Elektrofahrzeug erzeugt, immer noch von größter Bedeutung, wenn es darum geht, wie gut und schnell es beschleunigen kann.
Das Drehmoment eines Elektromotors hängt von seiner Konstruktion ab. Die wichtigsten Faktoren sind Stator und Rotor. Die ferromagnetischen Kerne sowohl des Stators als auch des Rotors haben einander zugewandte Vorsprünge, sogenannte Pole, und sind durch Drahtwicklungen verbunden, die die Polflächen in Nord- oder Südpole eines Magnetfelds verwandeln, wenn Strom durch sie fließt. Ein Schenkelpolmotor hat Pole, die ständig zwischen Nord- und Südpol wechseln, während dies bei einem Nichtschenkelpolmotor nicht der Fall ist.
Der Zusammenhang zwischen Drehmoment, Geschwindigkeit und Leistung in Elektrofahrzeugen
Um das Drehmoment eines Elektromotors aus konstruktiver Sicht zu erhöhen, müssen normalerweise mehr Pole hinzugefügt werden, wodurch stärkere und größere Magnetfelder entstehen. Allerdings erhöhen mehr Pole auch die Drehzahl, mit der sich der Motor drehen kann, und hier müssen die Ingenieure einen schwierigen Balanceakt meistern.
Neben der Polzahl ist die Stillstandsreaktanz des Rotorkreises ein weiterer Faktor, der das maximale Drehmoment beeinflusst. Je schneller sich der Rotor dreht, desto mehr fungiert er als elektrischer Generator und drückt die elektromotorische Kraft in die ihn versorgenden Versorgungsleitungen zurück, was den verfügbaren Strom und damit das Drehmoment verringert.
Durch sorgfältige Auswahl des richtigen Rotordesigns, des Statordesigns und der richtigen elektrischen Winkelerkennung für jede Phase kann ein Elektromotor so optimiert werden, dass er sein maximales Drehmoment erreicht. Es erfordert außerdem schnelle und genaue Stromsteuerungen, Kenntnisse über die Kraft pro Strom jeder Phase und eine Logik, die alles mit sehr geringer Latenz miteinander verbindet.
Ein fünfphasiger Elektromotor hat eine bessere Auflösung bei der Steuerung der Stromzufuhr als ein zweiphasiger Motor. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die verschiedenen Wicklungen miteinander kämpfen, und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die optimale Kraft pro Strom am effektivsten dort ankommt, wo sie benötigt wird.