Bei einem Elektromotor nutzt man die Tatsache, dass sich Magnete, je nachdem wie man sie zueinander ausrichtet, gegenseitig beeinflussen. Gleiche Magnetpole stoßen sich ab und ungleiche Magnetpole ziehen sich an.
Aufbau:
Um einen Elektromotor bauen zu können, braucht man zunächst einen Dauermagneten in einer bestimmten Bauform (1).
Zwischen den Polen des Dauermagneten ist ein drehbares Eisenteil (2) gelagert,
um das eine Spule aus isoliertem Kupferdraht (3) gewickelt ist.
Funktionsweise
Wenn durch die Spule ein Gleichstrom fließt, baut die Spule ein Magnetfeld auf und der Eisenkern wird zum Elektromagneten. Da der Elektromagnet drehbar gelagert ist, wird er sich nun so ausrichten, dass immer die ungleichen Pole der beiden Magnete gegenüberstehen (siehe nachfolgende Skizze A).
So lange der Strom nicht abgeschaltet wird, bleibt der Elektromagnet in dieser Stellung stehen, da er von den magnetischen Kräften in dieser Position festgehalten wird (siehe nachfolgende Skizze B).
Damit sich der Elektromagnet aber kontinuierlich weiter dreht, muss die magnetische Ausrichtung umgepolt werden. Dies erreicht man, indem man einfach die Stromrichtung in der Spule ändert. Diese Aufgabe übernimmt ein Schleifring (Kollektor), der mit der Spule verbunden ist und an dem die beiden Kontakte mit der Versorgungsspannung anliegen.
Kurz bevor der Elektromagnet die optimale Ausrichtung erreicht hat, wird der Strom über den Schleifring abgeschaltet und gleich darauf mit umgekehrter Polung wieder eingeschaltet .
Mit der umgekehrten Stromrichtung polt sich auch das Magnetfeld des Elektromagneten um. Nun stehen sich jeweils gleiche Magnetpole gegenüber, die sich mit aller Kraft abstoßen. Der Anker dreht weiter, bis sich nach einer viertel Umdrehung die ungleichen Magnetpole wieder anziehen. Kurz vor der optimalen Ausrichtung wird der Strom wieder umgepolt und der Ablauf beginnt erneut.
Was ist ein Stator bei einem Elektromotor?
Das Wort Stator ist vom lateinischen Wort „stare“ für stillstehen abgeleitet. Als Stator oder Ständer wird der unbewegliche Teil eines Elektromotors bezeichnet.
Als Rotor oder auch Anker wird der sich drehende Teil eines Elektromotors bezeichnet.
Was ist ein Trommelanker?
Ein Elektromotor mit einem nur 2poligen Anker hätte einen entscheidenden Nachteil. In der Stellung, in der die Spule umgepolt wird, haben die Kontakte am Schleifring kurzzeitig keine Verbindung zur Spule.
Wenn die Stromversorgung abgeschaltet wird, bleiben 2polige Motoren aber sehr gerne genau in dieser Stellung stehen. Die Ursache dafür liegt im Restmagnetismus des Ankers.
Wenn nun die Stromversorgung wieder eingeschaltet wird, kann der Motor nicht anlaufen. Darum werden in der Praxis Rotoren mit drei oder mehreren Polen eingesetzt. Diese Anker werden auch als Trommelanker bezeichnet.
Egal in welcher Stellung der Anker steht, sobald die Spannung eingeschaltet wird, fließt Strom durch die Ankerspulen. Der Motor läuft somit zuverlässig an.
Was macht der Kommutator bei einem Elektromotor?
Da die Ankerspule im Rotor sich dreht, kann sie nicht von außen fest verdrahtet werden. Die Kontaktierung erfolgt deshalb über einen Schleifring. Der Schleifring am Anker wird auch Kommutator oder Stromwendergenannt. Über den Schleifring werden die Ankerspulen mit Strom in der richtigen Richtung versorgt.
Allerdings hat die Kommutierung auch entscheidende Nachteile. Sie ist dem Verschleiß unterworfen und es entsteht ein Bürstenfeuer an den Schleifkontakten. Um die Effekte auch bei hoher Stromübertragung so gering wie möglich zu halten, werden Schleifkontakte aus Graphit verwendet.