Grundlagen von Elektromotoren
Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Bewegung um. Sie funktionieren durch die Wechselwirkung zwischen einem Motormagnetfeld und elektrischem Strom in einer Schleife aus gewickeltem Draht, um eine auf die Motorwelle ausgeübte Kraft zu erzeugen. Motoren können mit Gleichstrom (DC) betrieben werden, beispielsweise aus Batterien und Gleichrichtern, oder mit Wechselstrom (AC), beispielsweise aus dem Stromnetz oder elektrischen Generatoren. Sie finden sich in einer Vielzahl von Geräten, Maschinen und Fahrzeugen, darunter Elektroautos, Ventilatoren und Elektrowerkzeugen.
Es gibt viele verschiedene Arten von Elektromotoren, die meisten basieren jedoch auf einem oder mehreren physikalischen Prinzipien, die auf Magnetismus und Elektrostatik basieren. Am gebräuchlichsten sind solche, die das Prinzip nutzen, dass entgegengesetzte Pole sich gegenseitig anziehen und gleiche Pole einander abstoßen. Zu diesen Motortypen gehören Wechselstrom-Induktions- und Gleichstrom-Bürstenmotoren.
Die meisten Elektromotoren verwenden einen Feldmagneten und eine Ankerspule, um rotierende Magnetfelder zu erzeugen, die die mechanische Bewegung erzeugen. Der Rotor des Motors verfügt über Drahtspulen, die um einen ferromagnetischen Kern gewickelt sind, um die Magnetpole zu erzeugen, die mit dem Feldmagneten interagieren und die Kraft erzeugen, die den Rotor antreibt. Der Rotor ist über ein Bauteil namens Kommutator mit dem stationären Teil des Motors, dem sogenannten Stator, verbunden. Der Kommutator ist ein rotierender elektrischer Schalter, der die Stromrichtung in den Rotorwicklungen periodisch bei jeder halben Umdrehung des Kommutators umkehrt.
Die Grundlagen von Elektromotoren
Der Kommutator ist über Schleifkontakte aus weichem, leitfähigem Material wie Kohlenstoff mit den Ankerspulen verbunden. Diese Bürsten sind an die Stromquelle angeschlossen und drücken beim Drehen des Rotors gegen aufeinanderfolgende Kommutatorsegmente und versorgen so die Spulen mit Strom. Der Rotor dreht sich kontinuierlich, da die Ströme in den Ankerspulen nach jeder halben Umdrehung abwechselnd die Richtung ihrer Magnetfelder umkehren.
Auf dem Rotor ist ein Permanentmagnet montiert, der als Feldmagnet in einem Gleichstrommotor fungiert. Dieser Magnet erzeugt ein Magnetfeld, das eine Kombination aus seinen eigenen Nord- und Südpolen ist. Die Ankerspulen verfügen über Drahtwicklungen, die gepaart sind und nacheinander mit Strom versorgt werden. Dadurch entsteht das Magnetfeld, das mit dem Permanentmagneten interagiert und so die Kraft erzeugt, die den Rotor dreht. An den Ankerspulen sind außerdem Abflachungen angeschliffen, die mit dem Rotor verbunden sind, um Strom zu leiten.