Ein Gleichstrom- oder Gleichstrommotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Es handelt sich um einen von zwei Grundtypen von Motoren: Der andere Typ ist der Wechselstrom- oder Wechselstrommotor. Unter Gleichstrommotoren gibt es Nebenschluss-, Reihenschluss-, Verbundschluss- und Permanentmagnetmotoren.
Funktion
Ein Gleichstrommotor besteht aus einem Stator, einem Anker, einem Rotor und einem Kommutator mit Bürsten. Bei entgegengesetzter Polarität zwischen den beiden Magnetfeldern im Motor dreht sich der Motor. Gleichstrommotoren sind der einfachste Motortyp und werden in Haushaltsgeräten wie Elektrorasierern und in elektrischen Fenstern von Autos verwendet.
Grundlegender Betrieb des Gleichstrommotors
Ein Gleichstrommotor ist mit Magneten ausgestattet, entweder Permanentmagneten oder elektromagnetischen Wicklungen, die ein Magnetfeld erzeugen. Wenn Strom durch den Anker fließt, der auch als Spule oder Draht bezeichnet wird und sich zwischen dem Nord- und Südpol des Magneten befindet, wirkt das vom Anker erzeugte Feld mit dem Feld des Magneten zusammen und übt ein Drehmoment aus. Bei einem Gleichstrommotor bildet der Magnet den Stator, der Anker wird auf den Rotor gelegt und ein Kommutator schaltet den Stromfluss von einer Spule zur anderen. Der Kommutator verbindet die stationäre Stromquelle über Bürsten oder leitende Stäbe mit dem Anker. Darüber hinaus arbeiten Gleichstrommotoren mit einer festen Drehzahl für eine feste Spannung und es tritt kein Schlupf auf.
DC-Motortypen
Die Feldspulen und der Anker in einem Motor mit Nebenschlusswicklung sind parallel geschaltet, was auch als Nebenschlussbildung bezeichnet wird und bewirkt, dass der Feldstrom proportional zur Belastung des Motors ist.
Bei Reihenmotoren sind die Feldspulen und der Anker in Reihe geschaltet, und der Strom fließt nur durch die Feldspulen.
Ein Motor mit Verbundwicklung ist ein Hybrid sowohl mit Nebenschluss- als auch mit Reihenschlusswicklung und weist beide Konfigurationen auf. Das Feld in einem Permanentmagnetmotor wird durch Permanentmagnete erzeugt, wie der Name es zulässt.
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 durch Reibung und Lichtbogenbildung verursachten Verschleißes zu einer verringerten Lebensdauer des Motors führen.
Bürstenlose Gleichstrommotoren
Bürstenlose Gleichstrommotoren verringern den Verschleiß des Kommutators bei herkömmlichen Gleichstrommotoren. 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 leitet den Strom nicht zum Rotor. Stattdessen jagt das Permanentmagnetfeld des Rotors das rotierende Statorfeld, wodurch das Rotorfeld entsteht. Eine weitere Schlüsselkomponente des bürstenlosen Gleichstrommotors ist die Verwendung elektronischer Schaltungen und Sensoren mit dem Kommutator, um den Motor zur Erzeugung eines Drehmoments anzuregen.
