Elektromotoren basieren auf elektromagnetischer Induktion, einem Phänomen, das Anfang des 19. Jahrhunderts vom Physiker Michael Faraday entdeckt wurde. Er stellte fest, dass das Bewegen eines Magneten durch einen Toroid, um den er einen leitenden Draht gewickelt hatte, einen elektrischen Strom im Draht erzeugte. Elektromotoren nutzen diese Idee umgekehrt. Wenn ein Strom durch eine Spule fließt, wird die Spule magnetisiert, und wenn sie an einer Welle befestigt und aufgehängt ist In dem von einem Permanentmagneten erzeugten Feld erzeugen die gegenläufigen magnetischen Kräfte genug Kraft, um die Welle zu drehen. Die Verbindung der Welle mit einem Getriebe macht sie arbeitsfähig, und das Hinzufügen von Lagern reduziert die Reibung und erhöht die Effizienz des Motors.
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Zu den Hauptteilen eines Elektromotors gehören Stator und Rotor, eine Reihe von Zahnrädern oder Riemen sowie Lager zur Reduzierung der Reibung. Gleichstrommotoren benötigen auch einen Kommutator, um die Stromrichtung umzukehren und den Motor am Laufen zu halten.
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Stator, Rotor, Bürsten und Kommutator
Anstatt einen Permanentmagneten zu verwenden, basieren moderne kommerzielle Elektromotoren normalerweise vollständig auf Elektromagneten. Den Stator bildet eine Reihe kleiner Spulen, die kreisförmig angeordnet sind und ein stehendes Magnetfeld erzeugen. Eine separate Spule, die um einen Anker gewickelt und an einer Welle befestigt ist, bildet den Rotor, der sich im Feld dreht. Da Sie keine Drähte an einer sich drehenden Spule befestigen können, enthält der Rotor normalerweise Metallbürsten, die mit einer leitenden Oberfläche am Stator in Kontakt bleiben. Diese Fläche ist zusammen mit den Statorwicklungen mit Leistungsanschlüssen verbunden, die sich am Motorgehäuse befinden.
Wenn Sie den Strom einschalten, fließt Strom in die Feldspulen, um ein stehendes Magnetfeld zu erzeugen. Es fließt auch durch die Bürsten und erregt die Ankerspule. Gleichstrommotoren, beispielsweise solche, die mit einer Batterie betrieben werden, enthalten auch einen Kommutator, einen Schalter, der an der Rotorwelle angebracht ist und das elektrische Feld bei jeder halben Drehung des Rotors umkehrt. Diese Feldumkehr ist notwendig, um den Rotor in eine Richtung zu drehen.
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Zahnräder und Riemen
An sich ist eine sich drehende Motorwelle nicht sehr nützlich, es sei denn, Sie möchten sie zum Bohren oder zum Drehen eines Lüfterflügels verwenden. Die meisten Motoren enthalten ein System von Zahnrädern und/oder Antriebsriemen, um die Energie der sich drehenden Welle in eine nützliche Bewegung umzuwandeln. Die Anordnung der Riemen oder Zahnräder kann die Drehzahl einer benachbarten Welle erhöhen, was zu einer Leistungsreduzierung führt, oder sie kann die Leistung erhöhen, während die Drehzahl reduziert wird. Schneckengetriebe können die Drehrichtung um 90 Grad ändern. Zahnräder und Riemen ermöglichen es, dass ein einziger Motor gleichzeitig eine Vielzahl von Funktionen erfüllt.
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Lager zur Reduzierung der Reibung
Je größer der Motor, desto mehr Reibung wird zwischen den beweglichen Teilen erzeugt. Diese Reibungskraft wirkt der Bewegung des Rotors entgegen, verringert den Wirkungsgrad des Motors und verschleißt letztendlich die Teile. Die meisten Motoren haben Lager zwischen Stator und Rotor, um den Rotor zentriert zu halten und den Luftspalt zu minimieren. Kleinere Motoren haben Kugellager, während große Motoren Rollenlager verwenden. Lager müssen regelmäßig geschmiert werden, was zusammen mit der Wartung und Reinigung der Statorwicklungen und Rotorbürsten ein wichtiges Wartungsverfahren ist.