Elektromotor

Ein Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die mit Hilfe von magnetischen Feldern hauptsächlich elektrische in mechanische Arbeit (oder zurück) umwandelt, indem sie eine Kraft oder ein Moment und damit auch eine Bewegung erzeugen kann. Auf dem "Anker" ist eine Spule aufgewickelt, durch die Strom fließt. Durch das umgebende Magnetfeld entsteht eine Lorentzkraft, die den Anker, der mit der Achse fest verbunden ist rotieren lässt. Auf diese Weise kann elektrische Energie in Bewegungsenergie verwandelt werden.

Verschiedene Elektromotoren

Als Erfinder des Elektromotors gilt Johann Kravogl.

Zur Stromübertragung auf die beweglichen Spulen werden sog. Bürsten eingesetzt:

• Zur Übertragung auf den sog. Kollektor (bei Gleichstrom- Wechselstrom- und Allstrommotoren) oder auf Schleifringe (bei Drehstrommotoren) geleitet.

• Es gibt eine große Vielzahl verschiedener Motorprinzipien. Die größte Anzahl hat nur noch historische Bedeutung. Heute ausgeführt werden im Prinzip noch die folgenden Varianten
  • Gleichstrommotor: Im Rotor befindet sich der Anker, eine sog. Kommutatorwicklung. Im Stator befinden sich ausgeprägte Pole. Im Kleinmotorenbereich sind die Pole aus Permanentmagneten bei größeren Motoren sind die Pole gewickelt und stromerregt. Durch die Drehung des Ankers durch das Feld der Pole wird eine Spannung induziert. Diese Spannung kann an den Bürsten abgenommen werden. Bei Belastung fließt in der Ankerwicklung ein Wechselstrom, der durch Kommutator und Bürsten nach außen hin als Gleichstrom abgenommen oder eingespeist werden kann.
  • Universalmotor: (Allstrommotor, Einphasen-Reihenschluss-Motor) Drehmomenterzeugung wie beim Gleichstrommotor, jedoch werden die Pole im Stator elektrisch in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet. Daher kann der Motor mit technischen Einbussen auch mit Wechselstrom betrieben werden.
  • Asynchronmotor: Das Drehfeld der Spulen im Stator induziert eine Spannung in der Rotorwicklung. Die Rotorwicklung kann als 3-strängige Drehstromwicklung (Schleifringläufer) oder als Käfigwicklung (Käfigläufer) ausgeführt sein. Durch den direkten Kurzschluss der Wicklung (Käfigläufer, Schleifringläufer) oder mittels eines Widerstandes (Schleifringläufer) entsteht der Strom, der das Drehmoment erzeugt. Wenn der Rotor synchron mit dem Drehfeld rotiert, kann keine Spannung induziert werden und daher auch kein Kurzschlussstrom fließen (Leerlauf). Daher ist bei Belastung immer ein Schlupf zwischen rotierendem Drehfeld und Rotor erforderlich daher Asynchronmotor. Im technischen Sprachgebrauch und im Englischen wird der Motor aufgrund des Wirkungsprinzips (s.o.) häufig Induktionsmotor benannt.
  • Synchronmotor: Auf dem Rotor (Induktor, Polrad) ist eine Einrichtung vorhanden, die ein rotorfest stehendes Magnetfeld mit Nord- und Südpolen erzeugt. Im Kleinmotorenbereich regelmäßig in Form von Permanentmagneten, im Großmaschinenbereich traditionell als gewickelte Pole ausgeführt heute allerdings mehr und mehr ebenfalls als Permanentmagnete ausgeführt. Setzt man das Polrad in Rotation entsteht ein Drehfeld, das in der stillstehenden Statorwicklung (Anker) eine Spannung induziert. Die Frequenz dieser Spannung ist streng proportional zur Drehzahl und Anzahl von Polen auf dem Polrad. Schaltet man die Statorwicklung an eine Drehspannung gleicher Frequenz, Phasenlage und Amplitude passiert zunächst nichts, da die induzierte Spannung und die außen anliegende Spannung sich gegenseitig das Gleichgewicht halten. Die Maschine erzeugt das Drehmoment, wenn sich durch Belastung die Phasenlage der Spannungen gegenseitig verschiebt. Die Maschine kann jedoch nur bei synchronem Lauf ein Drehmoment erzeugen.
  • EC-Motor: Untervariante des Synchronmotors bei dem mit einer Steuerschaltung ein künstliches Drehstromnetz erzeugt wird und auf die Spulen im Stator gegeben und damit ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Der Rotor besteht in der Regel aus Permanentmagneten. Die Phasenlage zwischen Stator- und Rotorfeld erzeugt das Drehmoment. Der EC-Motor (electronically communtated) wird auch als BLDC-Motor bezeichnet (Brushless DC).
  • Geschalteter Reluktanzmotor: (engl. Switched Reluctance Motor, SRM) Während die beiden eben beschriebenen Motorvarianten aufgrund der sog. Lorentz-Kraft ihr Drehmoment erzeugen (Kraft auf stromdurchflossene Leiter im magnetischen Feld) entwickelt der geschaltete Reluktanzmotor sein Moment aufgrund von magnetischen Grenzflächenkräften, die an Flächen entstehen, wo sich die magnetische Permeabiltität des Materials verändert. Der Motor besitzt einen Rotor aus weichmagnetischem Material (z. B. Stahl) mit ausgeprägten Polen, die jedoch nicht magnetisiert sind. Der Stator besteht aus einer von der Rotorpolzahl verschiedenen Anzahl von rotationssymmetrisch angeordneten Einzelpolen. Die Anzahl von Statorpolen ist im Regelfall schwach größer als die Anzahl von Rotorpolen. Durch eine elektronische Schaltung wird der Strom von Statorpol zu Statorpol zyklisch weitergeschaltet, dadurch werden die Rotorpole mitgenommen. Es entsteht ein Drehmoment.
  • Schrittmotor: Variante des geschalteten Reluktanzmotors (im elektromagnetischem Sinn) bei dem jedoch die Anzahl der Pole erheblich größer ist als beim SRM. Daher Ausführung in Klauenpolform mit zwei oder vier Ringspulen.
  • Außenläufer: Alle Motorprinzipien können sowohl als Innenläufer (Normalfall) oder Aussenläufer (Spezialfall) ausgeführt werden

Man unterscheidet drehende und lineare Motoren. Im einzelnen unterscheidet man nach dem Prinzip :

• Kommutatormaschinen wie
  • Gleichstrommaschinen
  • Allstrommaschinen (Bohrmaschine, Küchengeräte)
  • Wechselstrom und Drehstrommaschinen (nicht mehr gebräuchlich) wie der Drehstromnebenschlussmotor
• und Induktionsmaschinen wie
  • Drehstrom-Asynchronmaschinen (starke Motoren von Geräten, die mit Drehstrom betrieben werden, z.B. Kranmotoren)
  • Drehstrom-Synchronmaschinen (von winzig bis riesig (z.B. Generatoren im Gigawatt-Bereich))
  • Einphasen-Asynchronmaschinen (netzbetriebene Tonbandgeräte)

Besondere Bauformen des Elektromotors sind der Linearmotor (z.B. bei der Magnetschwebebahn) und der Schrittmotor (z.B. in Diskettenlaufwerken und Druckern).