Ein Gleichstrommotor mit Bürsten ist ein kompaktes elektrisches Gerät, das elektrische Energie in mechanische Bewegung umwandelt. Er wird häufig in Spielzeugautos, Elektrowerkzeugen, kleinen Ventilatoren und verschiedenen kompakten Geräten eingesetzt.
Beginnen wir mit den äußeren Komponenten. Der Motor ist in einem Metallgehäuse untergebracht, das allgemein als Stator bezeichnet wird. Im Stator finden Sie typischerweise entweder zwei Permanentmagnete oder einen einzelnen Ringmagneten. Diese Magnete bilden die Nord- und Südpole des Magnetfeldes.
Ein Ende des Motors weist eine vorspringende Welle auf, die auch als Abtriebswelle bekannt ist und mit zusätzlichen Komponenten wie Schneckengetrieben, Getrieben, Lüfterblättern, Riemenscheiben oder Übertragungssystemen gekoppelt werden kann.
Das gegenüberliegende Ende des Motors beherbergt die Endkappe, die aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein kann. Auf dieser Kappe sind zwei Anschlussstifte montiert. Wenn eine Stromversorgung an diese Klemmen angeschlossen wird, erzeugt der interne Rotor ein Magnetfeld, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und die Welle zum Drehen bringt.
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Sobald das Motorgehäuse demontiert ist, werden die internen Komponenten sichtbar:
Im Kern befindet sich eine Stahlwelle, die die Rotationsenergie aus dem Motor überträgt, um eine Last anzutreiben.
An der Welle befestigt ist der Rotor, der aus mehreren geschichteten Siliziumstahlblechen besteht, die miteinander gestapelt sind. Um elektrische Isolierung und eine reibungslose Drehung zu gewährleisten, ist die Rotoroberfläche normalerweise beschichtet oder mit Kunststoff isoliert.
Innerhalb der Schlitze des Rotors befinden sich eng gewickelte Kupferdrahtspulen. Wenn elektrischer Strom durch diese Spulen fließt, erzeugen sie ein dynamisches elektromagnetisches Feld. Durch Steuerung der Polarität und des Timings des Feldes wird eine rotierende elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Motor antreibt.
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Die Enden der Spulen sind mit einer Komponente namens Kommutator verbunden, die typischerweise aus drei segmentierten Kupferkontakten besteht, die jeweils elektrisch voneinander und von der Mittelwelle isoliert sind. Der Kommutator ist direkt auf der Welle montiert und dreht sich mit ihr. Jede Spulenwicklung ist mit einem der Kommutatorsegmente verbunden.
Auf der Endkappe finden Sie die Bürsten, die einen kontinuierlichen elektrischen Kontakt mit dem Kommutator aufrechterhalten. Bürsten bestehen typischerweise aus Edelmetallen oder Kohlenstoff, abhängig von der erforderlichen Lebensdauer und den Leistungsbedingungen. Ingenieure wählen das geeignete Bürstenmaterial basierend auf den Anwendungsanforderungen aus.
Während sich der Kommutator zwischen den beiden Bürsten dreht, schaltet er mechanisch die Stromrichtung durch die Wicklungen um. Dieses Umschalten ermöglicht es dem Motor, eine unidirektionale Drehung aufrechtzuerhalten.
So fließt der Strom:
Er tritt durch einen Anschlussstift ein,
Fließt durch die obere Bürste,
Fließt in ein Kommutatorsegment,
Tritt in die Rotorwicklung ein,
Tritt über das gegenüberliegende Kommutatorsegment und die untere Bürste aus,
Und verlässt schließlich den zweiten Anschlussstift.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein miniaturisierter Gleichstrommotor mit Bürsten hauptsächlich aus den folgenden vier Komponenten besteht:
Stator:
Enthält Permanentmagnete (wie Neodym-Eisen-Bor oder Ferrit) oder Elektromagnetspulen, die ein statisches Magnetfeld erzeugen. Der Stator ist am äußeren Motorgehäuse befestigt, das auch die gesamte Motorstruktur trägt.
Rotor:
Besteht aus gestapelten Siliziumstahlblechen und Ankerwicklungen. Die Wicklungen werden über den Kommutator und die Bürsten mit Strom versorgt, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Der Rotor ist mit der Motorwelle für die Leistungsabgabe gekoppelt.
Kommutator:
Ein segmentierter Kupferring, der sich mit dem Rotor dreht. Er kehrt die Stromrichtung durch die Spulen zur richtigen Zeit um und ermöglicht so eine kontinuierliche Drehung.
Bürsten:
Federbelastete leitende Kontakte (Metall oder Kohlenstoff), die gegen den Kommutator drücken und die rotierenden Wicklungen mit Strom versorgen.
Zusammen bilden diese Komponenten ein kompaktes, aber leistungsstarkes System, das Gleichstrom in rotierende mechanische Energie umwandeln kann.
In unserem nächsten Artikel werden wir verschiedene Gleichstrommotormodelle und ihre Anwendungsszenarien
untersuchen.
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