Was ist ein homopolarer Motor?
Ein homopolarer Motor ist ein Gerät, das ein Magnetfeld und einen elektrischen Gleichstrom (DC) in Bewegung umwandelt. Die Hauptteile sind ein Permanentmagnet mit einer benachbarten Metallscheibe und Welle; Homopolar bedeutet, dass sich nur ein Pol oder eine Seite des Magneten neben dem Rotor befindet. Die Scheibe wird mit Gleichstrom beaufschlagt und dreht sich aufgrund der Auswirkungen des durch das Magnetfeld fließenden Stroms. Der Wissenschaftler Michael Faraday demonstrierte den Effekt erstmals 1821 mit einem Draht, der sich in einem Quecksilberbad um einen Magneten dreht.
Elektrizität kann auch durch einen homopolaren Motor erzeugt werden, der als Generator wirkt, indem die Metallscheibe durch das Magnetfeld gedreht wird. Die rotierende Scheibe erzeugt einen Gleichstrom, der in einer Batterie gespeichert werden kann. Obwohl dieses Prinzip für große Erzeugungsanlagen nicht praktikabel ist, kann ein einpoliger Generator nützlich sein, wenn Gleichstrom benötigt wird.
Eine andere Variante des homopolaren Motors war Barlows Rad. Der Mathematiker Peter Barlow entwickelte das Rad 1822, um den Faraday-Effekt zu demonstrieren. Barlows Rad verwendet eine rotierende Metallscheibe, die mit einer Batterie verbunden ist und über einem Tablett oder einem Trog aus Quecksilber hängt, der von einem Permanentmagneten umgeben ist. Wenn die rotierende Scheibe in das Quecksilber abgesenkt wird und ein Stromkreis geschlossen ist, interagiert der Strom mit dem Magnetfeld und das Rad dreht sich.
Ein Vorteil der einpoligen Motortechnologie ist die Reduzierung der Teile. Motoren mit einem Drahtspulenstator und -rotor müssen ebenfalls einen Kommutator verwenden, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Ein Kommutator ist ein Gerät, das die Motorpolarität umkehrt, wenn sich der Rotor dreht. Dies ist erforderlich, weil der Rotor seine Position im Motormagnetfeld ändert und die Änderung der Polarität erforderlich ist, um ein Drehmoment oder eine Drehkraft bereitzustellen.
Es gibt eine Vielzahl praktischer Anwendungen für einen homopolaren Motor. Der Schiffsantrieb begann im 20. Jahrhundert mit der Verwendung dieser Motoren. Elektrische Antriebe ersetzten Dieselmotoren, die mit Antriebswellen verbunden waren, die durch den Schiffsrumpf geführt wurden. Elektrische Generatoren können Gleichstrom für Systeme erzeugen, die direkt an Propeller angeschlossen sind.
Ab dem frühen 21. Jahrhundert wurden elektrische Antriebe in rotierenden Kapseln unter einem Schiffskiel installiert, die Schub in jede Richtung liefern können. Diese Technologie bietet einen guten Vortriebswirkungsgrad und eine hervorragende Schiffskontrolle beim Andocken und Manövrieren. Die Kapseln können mit einem Joystick von einer Schiffsbrücke aus gesteuert werden und eliminieren Antriebswellen aufgrund ihrer Wartung und potenziellen Leckageprobleme.
Eine Technologie, die seit dem 18. Jahrhundert in verschiedenen Geräten untersucht wurde, ist die lineare Beschleunigung, die in der Waffenentwicklung als Schienengeschütz bezeichnet wird. Linearbeschleuniger nutzen die Motorprinzipien von Faraday, indem sie eine Doppelschiene mit elektrischer Energie versorgen. Auf den Schienen ruht ein Metallschlitten oder -projektil, wobei der Strom durch den Schlitten von einer Schiene zur anderen fließt. Der resultierende Effekt ist ein homopolarer Motor. Anstatt sich jedoch zu drehen, wird der Schlitten oder das Projektil mit zunehmender Geschwindigkeit entlang der Schiene angetrieben.