Elektrofahrrad (2) 02.08.2011, 08:17
Bei Elektromotoren wird die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms genutzt. Hier stellen wir die Wirkungsweise eines Fahrrad-Elektromotors vor.
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.
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)
