Ein einfaches Modell eines Elektromotors (Teil 2).

Bevor du diese Seite durcharbeitest, solltest du die erste Seite durchgearbeitet und verstanden haben.
Falls du das nicht gemacht hast, schaue dir diese Seite zuerst an.

5) Die Drehung macht die Sache einfacher.

Eine Drehung ist leichter zu realisieren als eine Hin- und Herbewegung.
Der mittlere Elektromagnet wird nun drehbar gelagert. Man nennt ihn den Rotor ( = drehbarer Teil).
Wir haben, wie auf Seite 1, hier auch noch zwei Dauermagnete. Sie bewegen sich nicht, man nennt diesen Teil den Stator ( = feststehender Teil).

Die Drehung in kleinen Schritten erklärt.....

	a) Der Südpol des drehbaren Magneten (Rotormagnet) ist nahe dem Nordpol des linken Dauermagneten, er wird von diesem angezogen (1). Diese Kraft ist größer als die Anziehungskraft zwischen dem Nordpol des Rotors und dem Südpol des rechten Dauermagneten. (2) Beachte die Entfernungen! Der Motor wird entgegen dem Uhrzeigerzinn angeworfen, so dass er sich in dieser Richtung zu drehen beginnt.
	b) Der Rotor hat sich nun so weit gedreht, dass er fast senkrecht steht. Allerdings wird seine Drehbewegung nun gebremst: der Nordpol des linken Dauermagneten möchte den Rotor im Uhrzeigersinn - nach links - zurück bewegen (3), der Südpol des rechten Dauermagneten möchte ihn ebenfalls in diese Richtung zurückdrücken (4). Wollen wir die Drehbewegung im Uhrzeigersinn aufrecht erhalten, so müssen wir nun umpolen!
	c) Das ist jetzt passiert, der Rotor hat seine Polung geändert! Nun ist statt dem Südpol ein Nordpol unten! Der Nordpol des Rotors wird vom Nordpol des linken Dauermagneten abgestoßen (5) und vom Südpol des rechten Dauermagneten angezogen (6). Er kann sich also weiterhin im Gegenuhrzeigersinn drehen.
	d) Der Rotor hat sich weiter gedreht, aber er wird auch in dieser Stellung wieder etwas gebremst, weil die Anziehungskraft zwischen dem Nordpol des Rotors und dem Südpol des rechten Magneten (7) etwas größer ist als die Anziehungskraft zwischen dem Südpol des Rotors und dem Nordpol des linken Magneten (8). Der Rotor hat aber "Schwung" und übersteht das daher. Wenig später hat er wieder die Position a) erreicht. (Zuvor wurde, bei der senkrechten Stellung allerdings wieder umgepolt).

.... und als Drehbewegung in der Animation.

In der Animation siehst du die Bewegung des Rotors in der Abfolge. Beachte, dass sich die Polung an den Enden des Rotormagneten während jeder Umdrehung zweimal verändert. Dies passiert immer, wenn der Rotor senkrecht steht. Bei einem richtigen Elektromotor ist der Rotor natürlich wieder eine Spule - ein Elektromagnet. Er wird, wie beim linearen Elektromotor, während jeder Umdrehung der Spule zweimal vom Kommutator umgepolt, so dass sich die Stromrichtung und damit die Pole des Rotors ändern können.

6) Ein realer Modell-Elektromotor nach diesem Prinzip.

Im Foto und im Film siehst du einen einfachen Elektromotor, der genau so funktioniert, wie wir ihn gerade erklärt haben. Er wird im Rahmen von Schülerlabor-Veranstaltungen an der Experimenta in Heilbronn genau so gebaut. Im Foto erkennt man unten die beiden Dauermagnete (schwarze runde Scheiben) des Stators. Der Rotor ist hier eine (Stahl-)Schraube, die mit lackiertem Kupferdraht bewickelt wird. Er ist also der Elektromagnet, der sich dreht. Ganz vorne ist der Kommutator. Die Stromzuführungen aus Federstahldraht berühren jeweils ein Ende der Rotorwicklung. Nach jeweils 180° Drehung wird umgepolt.

Experimentvideo: Der Elektromotor in Aktion.

Im Film sieht man den Motor in Aktion. Da er sehr leicht gebaut ist, läuft er durchaus gut, solange er nichts antreiben muss.
Der 0,3 mm Kupferdraht, der um eine 3 mm Schraube gewickelt wurde, ist etwa 2 m lang. Schraube und Wicklung bilden den Rotor-Elektromagneten.

Der Motor läuft auch mit kleinen Spannungen bis etwa 1,5 V hinunter.
Dann merkt man allerdings den etwas unregelmäßigen Lauf, weil ja die Bewegung, so wie das oben erklärt wurde, an ein paar Stellen gebremst wird.
Dafür ist der Motor einfach zu verstehen.

7) Eine verbesserte Version des Elektromotors.

Der in 5) und 6) vorgestellte Motor läuft zwar gut, aber doch etwas ruckartig. Das liegt daran, dass die Kräfte zwischen Rotor und Stator nur in einem engen Bereich wirken. Wenn man den Stator etwas anders gestaltet, dann wird dies besser.

Würde man z.B. vier Dauermagnete verwenden, so würde in dieser Stellung der Nordpol des Rotors nicht nur vom Südpol von Stator 1 gebremst, sondern vom Südpol von Stator 2 angezogen. Dasselbe gilt für den Südpol des Rotors und die Nordpole von Stator 3 und 4. Insgesamt sind so die Bremskräfte in dieser Stellung kleiner.	Dasselbe gilt für diese Stellung des Rotors. Ohne die oberen Dauermagnete wird nur der Nordpol des Rotors vom Südpol von Stator 1 angezogen. Nun gibt es zusätzlich auch noch oben zwischen dem Südpol des Rotors und Stator 3 eine Anziehungskraft.

8) Stator als Halbkreiseisen und Zusammenfassung der Dauermagneten.

Beim Modellmotor wäre aber die Montage von zwei weiteren Dauermagneten über dem Rotor schwierig. In der Praxis verwendet man dann auch keine vier Dauermagnete sondern gestaltet die Form des Stators meist anders - in einer Halbkreisform aus Eisen. Man kommt dann zu der unten gezeichneten Anordnung, die dann dasselbe bewirkt.	Das ist fast noch einmal dieselbe Anordnung wie links, nur dass hier die beiden Dauermagnete des Stators zu einem Dauermagneten zusammengefasst wurden.

Das Foto zeigt einen Bastelmotor, der nach diesem Prinzip funktioniert. Allerdings wird hier das Magnetfeld nicht von einem Dauermagneten, sondern von einem Elektromagneten (untere Spule) erzeugt.

Hier siehst du das Experimentvideo zu diesem selbstgebauten Motor.

Man sieht deutlich die Abrissfunken am Kommutator vorn. Der Motor lief nicht ganz rund. Man hat auch den Eindruck als würde er einmal fast stehen.
Das ist aber nicht so. Die Kamera macht 30 Bilder je Sekunde. Wenn der Motor auch 30 Umdrehungen je Sekunde macht, dann "sieht" ihn die Kamera immer an der gleichen Stelle. Wir haben dann den Eindruck, der Motor steht. Sind Aufnahmerate der Kamera und Drehzahl leicht verschieden, scheint sich der Motor langsam in die eine oder andere Richtung zu drehen.
Dies sind einfach Effekte von Kameras und drehenden Gegenständen. Das kennst du vielleicht auch von Westernfilmen, wo man auch manchmal den Eindruck hat, die Kutsche fährt vorwärts aber die Räder drehen sich rückwärts.

Die bisher vorgestellten Motoren funktionieren im Prinzip gut, haben aber alle noch Nachteile:

• Sie laufen nicht von selber an, man muss sie "anwerfen".
• Sie laufen (bis auf den letzen) nur mit Gleichspannung, nicht mit Wechselspannung.

Wie man dies verbessern kann zeigt dir die nächste Seite
Ein einfaches Modell eines Elektromotors (Teil 3). dieser Reihe.