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Elektrofahrrad (2) 02.08.2011, 08:17

Magnetismus am Elektrofahrrad, Vorschaubild

Bei Elektromotoren wird die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms genutzt. Hier stellen wir die Wirkungsweise eines Fahrrad-Elektromotors vor.

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  • (geändert: )

Die Skizze unten zeigt einen Gleichstrommotor. 

Siehe auch Beitrag »Elektrofahrrad (1)«
In Gleichstrommotoren ist innerhalb eines stehenden Feldmagneten der Läufer (auch Rotor) angeordnet. Erhält der Läufer über seine Schleifringe Strom von der Batterie, beginnt er sich zu drehen. 

Wie ein Gleichstrommotor arbeitet

Bilder unten: Beim Elektromotor wird die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms genutzt. Das obere Bild zeigt den Verlauf der Kraftlinien eines magnetischen Feldes, das sich bildet, wenn ein elektrischer Leiter von Strom durchflossen wird; nach Abschalten des Stromes verschwindet es wieder. Es handelt sich also um ein elektromagnetisches Feld.
Das mittlere Bild zeigt, wie ein zur Spule gewundener elektrischer Leiter, sobald sie ein Strom durchfließt, ein eigenes Magnetfeld bildet. Dabei wird die Spule insgesamt zu einem Magneten mit Nord- und Südpol.
Legt man über den Schenkel eines Hufeisenmagneten einen Leiter und lässt Strom durch ihn fließen, dann wird der Leiter aus dem Magnetfeld zwischen Nord- und Südpol des Hufeisenmagneten herausgedrängt. Durch Umdrehen des  Magneten (N unten, S oben) ändert sich bei dem Versuch die Ablenkrichtung des Leiterstücks. Lässt man den Magneten wie im Bild, ändert jedoch die Stromrichtung im Leiter, erhält man ebenfalls eine Richtungsänderung des Leiterstücks.Wie das Motorprinzip entsteht

Legt man eine so genannte Leiterschleife wie im unteren Bild in ein Magnetfeld und schließt sie an eine Gleichstromquelle an, dann wird der untere Schleifenteil in umgekehrter Richtung durchflossen wie der obere. Hieraus ergibt sich eine Ablenkung, die beendet ist, wenn die Schleife nach einer Drehung um 90° gegenüber der Abbildung quer steht. Weil sich die mit der Leiterschleife verbundenen beiden Schleifringhälften mitgedreht haben, erhält der bisherige untere Schleifenteil jetzt Kontakt mit der oberen Kohlenbürste. Die Drehung wird also fortgesetzt und auf diese Weise ist ein Elektromotor entstanden.

Weil nach jeweils einer halben Umdrehung die Stromrichtung von den Schleifringsegmenten in der Leiterschleife gewendet wird, bezeichnet man sie als Stromwender (auch Kommutator oder Kollektor). Die einzelnen Segmente sind die Lamellen.   
Der wirkliche Anker eines Starters besteht nicht nur aus den Leiterschleifen. Weil diese festen Halt brauchen, sind sie in ein so genanntes Ankerpaket eingelegt. Das Ankerpaket ist nun nicht allein Träger der Leiterschleifen, sondern es dient gleichzeitig als Leiter für die vom Nord- zum Südpol verlaufenden magnetischen Feldlinien des E-Motors. Das Ankerpaket besteht aus Weicheisen, ebenso das Polgehäuse, das die Magnetlinien vom Südpol wieder zurück zum Nordpol des Motors leiten muss. 

 

Bürstenloser Gleichstrommotor

Beim bürstenlosen Gleichstrommotor (Bild unten) besteht der Läufer aus einem Permanentmagneten, der Stator aus mehreren Elektromagneten. Im Beispiel unten sind es 42 Stück. Die Statorspulen werden von einer Elektronik (grüne Platine) hintereinander im Kreis angesteuert, so dass der Rotor den (42) Elektromagneten hinterdrein läuft. Weil es keine Bürsten mehr gibt, sind die Motoren verschleißfrei. (Bild BionX)

Magnetkranz und Elektronik

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Kommentare

6

Zum Artikel "Elektrofahrrad (2)".

  • #1

    na ja, es ist schon richtig, das antriebsmotoren
    von fahrrädern sogenante BL-motoren sind
    makita verkauft auch schon akkubohrmaschinen
    mit BL motoren !! wirkungsgrad über 83%
    jedes CD laufwerk wird mit einem BL motor
    angetrieben !!  also mit gleichspannung zu einem elek.
    motorstellermodul, der eine 3phasen wechselspannung für den BL motor zur verfügung stellt !!
    wie schon zu lesen war, im flugmodellbau sind
    BL motoren sehr oft im einsatz, über 8 jahre !!
    40 V 30-80 A einsatzbeispiel

    schrieb JOHANNES am

  • #2

    Für mich ist das ein Schrittmotor / Generator ,
    denn der Stator wird auch 42 polig (Seltenerdemagnete) sein, sonst gibt das keinen Sinn.
    Die 1/3 ( =14 Stück ) Pole pro Phase werden so gewickelt sein, dass immer N/S-Pol sich abwechsel.
    Demnach ist n = f x 60 / p   (p = Polparzahl),
    jetzt wirke ich auch schon wie ein Lehrer.
    Die 3 Hallsensoren regeln elektronisch die variable Frequenz,
    d.h. die Drehzahl sowohl in der Betriebsart “Motorisch” als
    auch “Generatorisch” .

    schrieb Antriebsguru am

  • #3

    Hallo Neunmalklug,

    vielen Dank für die Hinweise und Links. Wir werden uns mit der Angelegenheit näher beschäftigen. Irgendwann hören Sie wieder von uns.
    Auch Ihnen fröhliche E-Weihnachten!

    Gruß
    tec. LEHRERFREUND

    schrieb tec. LEHRERFREUND am

  • #4

    Hallo Lehrerfreund.
    Meinem Synonym gemäß kann ich dem nicht zustimmen.^^
    Anders als beim “Seitendynamo” handelt es sich bei einem solchen Motor meiner Meinung nach um einen 3 Phasen Drehstrommotor,auch wenn der Akku vor dem Regler Gleichstrom liefert. Ich habe ja auch keine Wechselstrom CPU in meinem Computer, nur weil der am Stromnetz hängt. Eine moderne Straßenbahn hat Drehstrommotoren die über die Frequenz gesteuert werden, auch wenn die Oberleitung Gleichstrom führt. Diese um 120 Grad versetzten 3 Phasen sehe ich als Unterscheidungsmerkmal. Auch wenn diese in diesem Fall keine perfekten Sinuswellen sind. Mit dem Aufkommen leistungsfähigerer Elektronik, sind solche Motoren als LRK Außenläufer (nach Christian Lucas, Ludwig Retzbach und Emil Kuerfuss anno 2000) welweit auf dem Vormarsch. Zuerst geschah dies im Modellflugbereich da man hier auf Getriebe verzichten konnte. Heute forscht sogar das Frauenhofer Institut auf dem Gebiet der LRK Nabenmotoren.

    Bsp. was die Elektronik macht:

    http://www.aerodesign.de/peter/2001/LRK350/Warum_dreht_er_so.html

    Allerdings diskutieren auch andere darüber:

    http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Bürstenloser_Gleichstrommotor

    Also nix für ungut und fröhliche Weihnachten!

    Grüße
    Neunmalklug

    schrieb Neunmalklug am

  • #5

    Hallo Neunmalklug,

    Sie denken wahrscheinlich an den normalen Seitendynamo, der Wechselstrom produziert.
    Ob man es der verzwackten Elektronik in unserem Bild ansieht, was sie so alles »produziert«? Das Ganze ist auf jeden Fall ein E-Motor, der auf eine Batterie angewiesen ist. Womit die ihren Motor am Leben hält, wissen wir mit Sicherheit: Mit Gleichstrom, sonst mit nichts. Warum sollte man diesen in Wechselstrom umformen und dabei noch Energie verlieren?

    Grüße
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #6

    Bei dem gezeigten Nabenmotor handelt es sich meiner Meinung nach nicht um einen Gleichstrommotor, sondern um einen Drehstrommotor. Die Elektronik produziert ja 3 Phasen und die Wicklungen sind entweder als Stern oder Dreieck verschaltet.
    Möglicherweise handelt es sich sogar um einen LRK Motor, der mehr (Permanent-) Magnetpole als Statorpole hat.

    schrieb Neunmalklug am

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