Wir wollen zunächst die Funktion eines E-Motors mit Magnetpolen an Stator und Rotor betrachten.

Als Erstes stellt man fest, daß eine Spule nicht nur die Ringströme innerhalb der Spule dreht, sondern im gesamten  Eisenkern, da sich die Magnetflächen an den Endflächen des Eisenkerns bilden (vgl. Fig.1)

Fig.1:  Magnetischer Eisenkern einer Spule

Tatsächlich werden für Elektromagneten “weichmagnetische” Stoffe benutzt, die einen geringen Stromfluß benötigen, um die Elementarmagneten auszurichten. Permanentmagnete werden aus hartmagnetischen Stoffen hergestellt, die einen großen Stromfluß um den Eisenkern erforden, um die Elementarmagneten auszurichten, die dann aber in dieser Ausrichtung bleiben, wenn sie nicht erhitzt oder heftigen Erschütterungen ausgesetzt sind.

Bei weichmagnetischen Stoffen drehen sich – bis auf die Hysterese – beim Ausschalten des Spulenstroms die Elementarmagneten wieder in die Ausgangsstellung zurück, bei hartmagnetischen Stoffen nicht.

Aber es kann  nicht die Drehung der Ringströme erhöhte Energie erfordern! Wir drehen mit der identischen Energiezufuhr einer Spule der Länge l die Elementarmagneten unabhängig davon, ob der Eisenkern kurz oder lang ist. Mit Hilfe der Spule erzeugen wir also eine Kettenreaktion, die erst am Ende des Eisenkerns stoppt.  Also kann nur etwas durch die Spule selber Hervorgerufenes die Energiezufuhr benötigen!!

Tatsächlich erzeugt die Drehung der Magnetfelder der Elementarmagneten innerhalb einer Spule mit einer Spannung Uein in der Form, daß diese auf die stromführenden Leiter eine zusätzliche bremsende Spannung Ubrems im Leiter induzieren (LENZ´sche Regel).

Wir haben nun nach einer Möglichkeit gesucht, wie man diese Gegeninduktion so gestalten kann, daß  die Drehung der Elementarmagneten eine geringere Gegenspannung in einem Leiter erzeugen als bisher. Die Suche nach einer Lösung war erfolgreich. Wir haben eine Möglichkeit gefunden, diese Energie besser zu nutzen als bisher.

Weiterhin stellten wir fest, daß die bisherige Gleichsetzung von elektrischer und mechanischer Energie aufgrund dessen erfolgte, daß die bisherigen elektrischen Maschinen  elektrischer Generator und Elektromotor nach dem identischen Prinzip aufgebaut sind.

Fig.2: Generator – EMotor -Vergleich

Wir verwenden bisher die identisch aufgebaute Maschine, die Identische Polzahl an Rotor und Stator haben.

  • einmal (Fig.2:oben), indem wir sie mit Hilfe von mechanischer Energie Pmech0 = M0 * wdrehen, um damit im Idealfall die elektrische Energie Pelek = U0*I0 zu gewinnen und nennen sie damit Generator,
  • und einmal (Fig.2: unten) führen wir die elektrische Energie Pelek = U0*Izu, um damit im Idealfall die mechanische Energie Pmech0 = M0 * wzu erhalten und nennen sie dann Elektromotor

Zunächst betrachten wir einen konventionellen Elektromotor mit 4 Polen.

Fig:3 Wirkungsweise des Elektromotors mit Magnetpolen

Bei Elektromotoren mit Magnetpolen an Läufer (außen) und Stator (innen) werden zwischen zwei Gleichpolen die Magnetlinen zu den Rändern verdrängt, wo sie sich mit den Magnetlinen des Gegenpols schließen und einen Zug in diese Richtung erzeugen. Wir erkennen, daß die Zuglinien nur an den Polwechselspalten des Stators und des Motors entstehen, also haben wir beim vierpoligen Motor 8 ziehende Spalte.

Fig. 4. Laufbild konventioneller Motor

Beim Umschalten des Stroms werden die Elementarmagnete durch das Magnetfeld um die stromdurchflossenen Leiter der Spule gedreht. Dies erfolgt aber nicht schlagartig, sondern nimmt eine gewisse  Zeit in Anspruch. Beim Laufbild der Figur 4 nehmen wir an, daß die Umschaltung dann erfolgt, wenn der Läuferpolspalt in der Mitte des Statorpols ist. Dann verringert sich die Zugwirkung kontiniuerlich, bis sich die Polspalte übereinander befinden und die Statorpole magnetisch neutral sind und dann die entgegengesetzte Durchflutung wieder zunimmt.

Wir nehmen an, dieser Motor werde mit der Drehzahl n0 und dem mittleren Drehmoment M0 betrieben. Dann benötigen wir den Strom  I0  und die Spannung U0 , um diese Werte zu erreichen. Der Strom I0 in den Na Windungen des Altmotors erzeugt dann nach der Formel für die magnetische Feldstärke H der kurzen Spule  die Feldstärke

H = N0 * l0 /(l 0 2+d02)0,5

mit N = Windungszahl der Spule; I= Strom in der Spule; l  = Länge der Spule; d = Durchmesser eines Pols bzw Wurzel der Polfläche.