Ein Gleichstrom- oder Gleichstrommotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Es ist einer von zwei Grundtypen von Motoren: Der andere Typ ist der Wechselstrom- oder AC-Motor. Unter den Gleichstrommotoren gibt es Nebenschluss-, Reihen-, Verbund- und Permanentmagnetmotoren.
Funktion
Ein Gleichstrommotor besteht aus einem Stator, einem Anker, einem Rotor und einem Kommutator mit Bürsten. Die entgegengesetzte Polarität der beiden Magnetfelder im Inneren des Motors bewirkt, dass er sich dreht. Gleichstrommotoren sind die einfachste Art von Motoren und werden in Haushaltsgeräten wie Elektrorasierern und in elektrischen Fensterhebern in Autos verwendet.
Grundlegender DC-Motorbetrieb
Ein Gleichstrommotor ist mit Magneten ausgestattet, entweder Permanentmagneten oder elektromagnetischen Wicklungen, die ein Magnetfeld erzeugen. Wenn Strom durch den Anker fließt, auch bekannt als Spule oder Draht, zwischen Nord und Süd platziert Pole des Magneten, das vom Anker erzeugte Feld wechselwirkt mit dem Feld des Magneten und gilt Drehmoment. Bei einem Gleichstrommotor bildet der Magnet den Stator, der Anker sitzt auf dem Rotor und ein Kommutator schaltet den Stromfluss von einer Spule zur anderen. Der Kommutator verbindet die stationäre Stromquelle mit dem Anker durch die Verwendung von Bürsten oder leitfähigen Stäben. Darüber hinaus arbeiten Gleichstrommotoren mit einer festen Drehzahl für eine feste Spannung und es gibt keinen Schlupf.
DC-Motortypen
Die Feldspulen und der Anker in einem Nebenschlussmotor sind parallel geschaltet, auch als Nebenschlussbildung bezeichnet, wodurch der Feldstrom proportional zur Belastung des Motors ist.
Bei Reihenschlussmotoren sind Feldspulen und Anker in Reihe geschaltet und der Strom fließt nur durch die Feldspulen.
Ein Motor mit Verbundwicklung ist ein Hybrid aus Nebenschluss- und Reihenwicklungstyp und verfügt über beide Konfigurationen. Das Feld in einem Permanentmagnetmotor wird, wie der Name schon sagt, durch Permanentmagnete erzeugt.
Das Kommutatorproblem
Die Funktion des Kommutators besteht darin, Strom von einem stationären Punkt auf die rotierende Welle zu übertragen. Bürsten, elektrische Kontakte am Kommutator, verbinden die Stromquelle mit dem Anker. Zu bestimmten Zeiten während der Drehung eines Gleichstrommotors muss der Kommutator den Strom umkehren. Dies kann aufgrund des Verschleißes, der durch Reibung und Lichtbogenbildung auftritt, zu einer verkürzten Lebensdauer des Motors führen.
Bürstenlose Gleichstrommotoren
Bürstenlose DC-Motoren entlasten den Kommutator herkömmlicher DC-Motoren. Bei diesen Typen befindet sich der Permanentmagnet im Rotor und die Spulen im Stator. Die Spulenwicklungen erzeugen ein rotierendes Magnetfeld, da sie elektrisch voneinander getrennt sind, wodurch sie ein- und ausgeschaltet werden können. Der Kommutator in diesem Motor führt den Strom nicht zum Rotor. Stattdessen verfolgt das Permanentmagnetfeld des Rotors das rotierende Statorfeld, wodurch das Rotorfeld entsteht. Eine weitere Schlüsselkomponente des bürstenlosen Gleichstrommotors ist die Verwendung elektronischer Schaltkreise und Sensoren mit dem Kommutator, um den Motor zur Erzeugung eines Drehmoments anzuregen.