Elektromotoren erzeugen eine lineare oder rotierende Kraft (Drehmoment), die dazu bestimmt ist, einen externen Mechanismus, wie beispielsweise einen Ventilator oder einen Aufzug, anzutreiben. Ein Elektromotor ist im Allgemeinen für eine kontinuierliche Rotation oder für eine lineare Bewegung über eine im Vergleich zu seiner Größe signifikante Strecke ausgelegt. Magnetspulen sind auch Wandler, die elektrische Energie in mechanische Bewegung umwandeln, aber nur über eine begrenzte Distanz eine Bewegung erzeugen können.
Elektromotoren sind viel effizienter als die anderen in Industrie und Verkehr verwendeten Antriebsmaschinen, der Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor); Elektromotoren haben typischerweise einen Wirkungsgrad von über 95 %, während Verbrennungsmotoren weit unter 50 % liegen. Sie sind außerdem leicht, physikalisch kleiner, mechanisch einfacher und billiger zu bauen, können bei jeder Geschwindigkeit ein sofortiges und konstantes Drehmoment liefern, können mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben werden und stoßen keinen Kohlenstoff in die Atmosphäre aus. Aus diesen Gründen ersetzen Elektromotoren Verbrennungsmotoren im Transportwesen und in der Industrie, obwohl ihre Verwendung in Fahrzeugen derzeit durch die hohen Kosten und das Gewicht von Batterien begrenzt ist, die eine ausreichende Reichweite zwischen den Ladungen bieten können.
Elektromotoren arbeiten nach drei verschiedenen physikalischen Prinzipien: Magnetismus, Elektrostatik und Piezoelektrizität.
Bei Magnetmotoren bilden sich sowohl im Rotor als auch im Stator Magnetfelder. Aus dem Produkt dieser beiden Felder entsteht eine Kraft und damit ein Drehmoment an der Motorwelle. Eines oder beide dieser Felder müssen sich mit der Drehung des Rotors ändern. Dies geschieht, indem die Pole zum richtigen Zeitpunkt ein- und ausgeschaltet oder die Stärke der Pole variiert werden.
Die Haupttypen sind Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren, wobei letztere die ersteren ersetzen.
Wechselstrom-Elektromotoren sind entweder asynchron oder synchron.
Nach dem Start benötigt ein Synchronmotor für alle normalen Drehmomentbedingungen eine Synchronität mit der Geschwindigkeit des sich bewegenden Magnetfelds.
Bei Synchronmaschinen muss das Magnetfeld auf andere Weise als Induktion bereitgestellt werden, beispielsweise durch fremderregte Wicklungen oder Permanentmagnete.
Ein Bruchteil-PS-Motor hat entweder eine Leistung von weniger als etwa 1 PS (0.746 kW) oder wird mit einer Standard-Rahmengröße hergestellt, die kleiner ist als ein Standard-1-PS-Motor. Viele Haushalts- und Industriemotoren sind in der Bruchteil-PS-Klasse.
Ein kommutierter Gleichstrommotor weist einen Satz rotierender Wicklungen auf, die auf einen Anker gewickelt sind, der auf einer rotierenden Welle montiert ist. Die Welle trägt auch den Kommutator, einen langlebigen elektrischen Drehschalter, der den Stromfluss in den Rotorwicklungen periodisch umkehrt, wenn sich die Welle dreht. Somit fließt bei jedem bürstenbehafteten Gleichstrommotor Wechselstrom durch seine rotierenden Wicklungen. Strom fließt durch ein oder mehrere Bürstenpaare, die am Kommutator anliegen; die Bürsten verbinden eine externe Stromquelle mit dem rotierenden Anker.
Der rotierende Anker besteht aus einer oder mehreren Drahtspulen, die um einen laminierten, magnetisch "weichen" ferromagnetischen Kern gewickelt sind. Strom von den Bürsten fließt durch den Kommutator und eine Wicklung des Ankers, was ihn zu einem temporären Magneten (einem Elektromagneten) macht. Das vom Anker erzeugte Magnetfeld interagiert mit einem stationären Magnetfeld, das entweder von PMs oder einer anderen Wicklung (einer Feldspule) als Teil des Motorgehäuses erzeugt wird. Die Kraft zwischen den beiden Magnetfeldern neigt dazu, die Motorwelle zu drehen. Der Kommutator schaltet Strom zu den Spulen, während sich der Rotor dreht, und verhindert, dass die Magnetpole des Rotors jemals vollständig mit den Magnetpolen des Statorfeldes ausgerichtet werden, so dass der Rotor niemals stoppt (wie eine Kompassnadel), sondern sich weiter dreht solange Strom anliegt.
Viele der Einschränkungen des klassischen Kommutator-DC-Motors sind auf die Notwendigkeit zurückzuführen, dass Bürsten gegen den Kommutator drücken. Dadurch entsteht Reibung. Durch die Bürsten, die Stromkreise durch die Rotorspulen bilden und unterbrechen, werden Funken erzeugt, wenn die Bürsten die Isolierspalte zwischen den Kommutatorabschnitten durchqueren. Abhängig von der Kommutatorkonstruktion kann dies beinhalten, dass die Bürsten benachbarte Abschnitte – und damit Spulenenden – kurzschließen, während sie die Lücken überqueren. Darüber hinaus bewirkt die Induktivität der Rotorspulen, dass die Spannung an jeder einzelnen ansteigt, wenn ihr Stromkreis geöffnet wird, was die Funkenbildung der Bürsten erhöht.
Diese Funkenbildung begrenzt die Höchstgeschwindigkeit der Maschine, da zu schnelle Funkenbildung den Kommutator überhitzen, erodieren oder sogar schmelzen lässt. Die Stromdichte pro Flächeneinheit der Bürsten begrenzt in Kombination mit ihrem spezifischen Widerstand die Leistung des Motors. Das Herstellen und Unterbrechen eines elektrischen Kontakts erzeugt auch elektrisches Rauschen; Funkenbildung erzeugt RFI. Bürsten verschleißen schließlich und müssen ersetzt werden, und der Kommutator selbst unterliegt Verschleiß und Wartung (bei größeren Motoren) oder Austausch (bei kleinen Motoren). Die Kommutatorbaugruppe an einem großen Motor ist ein kostspieliges Element, das eine präzise Montage vieler Teile erfordert. Bei kleinen Motoren ist der Kommutator in der Regel fest in den Rotor integriert, sodass bei dessen Austausch meist der gesamte Rotor ausgetauscht werden muss.
