Elektromotoren¶
Elektromotoren sind technische Geräte, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Hierbei wird die magnetische Kraftwirkung ausgenutzt, die ein Stromdurchflossener Leiter in einem äußeren Magnetfeld erfährt.
Funktionsweise eines einfachen Rotations-Motors¶
Eine stromdurchflossene Spule wirkt wie ein Elektromagnet – sie besitzt jeweils einen magnetischen Nord- und Südpol. Hängt man eine solche Spule (“Rotor”) drehbar in dem Magnetfeld eines starken Permanentmagneten (“Stator”) auf, so richtet sie sich so aus, dass ihr magnetischer Nordpol zum Südpol des Permanentmagneten zeigt und umgekehrt. Dabei legt sie maximal eine halbe Umdrehung zurück.
Damit aus diesem “Einpendeln” in eine stabile Lage eine Drehbewegung wird, muss zum richtigen Zeitpunkt die Stromrichtung in der Spule getauscht werden – dadurch vertauschen sich auch die magnetischen Pole der Spule. Stehen sich durch die Umpolung plötzlich Nord- und Nordpol bzw. Süd- und Südpol der Spule und des Permanentmagneten gegenüber, so führt die Spule wiederum eine halbe Drehung aus, bis sich erneut die Nord- und Südpole der Spule und des Permanentmagneten wechselseitig gegenüberstehen.
Die Umkehrvorrichtung, die in der Spule stets nach einer halben Umdrehung die Stromrichtung wechselt, wird Kommutator genannt und besteht aus zwei gegeneinander isolierten Halbringen. Diese sind über schleifende Kohlestäbe (“Kohlen”) mit der äußeren Stromversorgung verbunden. Ist jeweils die stabile Lage (der “Totpunkt”) erreicht, so sorgt der Schwung der Spule dafür, dass der andere Halbring des Kommutators mit dem Plus- bzw. Minuspol der Stromquelle verbunden ist.
Anstelle einer langen Spule werden in leistungsstarken Motoren häufig Rotoren eingesetzt, die aus drei (oder mehreren) Spulenteilen bestehen. Daraus ergibt sich einerseits ein gleichmäßigerer Lauf des Motors, da in diesem Fall nur eine der Spulenteile gleichzeitig den Totpunkt durchläuft. Andererseits ist aus dem gleichen Grund gewährleistet, dass der Motor stets von selbst startet – bei nur einer einzigen langen Spule als Rotor könnte sich diese zu Beginn gerade im Totpunkt befinden.