Die Motoren hier nutzen die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld, $F = B \cdot I \cdot l$ (Flussdichte, Strom, Leiterlänge im Feld, Leiter senkrecht zum Feld). An einer Wicklung ergibt das ein Drehmoment. Damit die Drehrichtung bleibt, muss der Strom nach einer halben Umdrehung die Richtung wechseln (Kommutierung).

Beim bürstenbehafteten Gleichstrommotor übernimmt das ein mechanischer Kommutator: Der Läufer (Anker) trägt die Wicklungen und einen Ring aus Segmenten, an dem Kohlebürsten schleifen. Der Ständer enthält Dauermagnete. Der Motor ist einfach und billig, und die Spannung regelt die Drehzahl, der Strom das Drehmoment. Nachteile sind Verschleiß von Bürsten und Kommutator, Funken und eine begrenzte Lebensdauer.

Beim bürstenlosen Gleichstrommotor ist es umgekehrt: Der Läufer trägt Dauermagnete, die Wicklungen sitzen im Ständer, meist drei Stränge. Eine Elektronik schaltet sie nacheinander so, dass ein umlaufendes Magnetfeld den Läufer mitnimmt (elektronische Kommutierung). Die Läuferlage erkennt sie mit Hall-Sensoren. Vorteile: kein Bürstenverschleiß, hoher Wirkungsgrad, lange Lebensdauer, hohe Drehzahlen. Nachteile: Ohne Ansteuerelektronik dreht er nicht, und das System ist teurer. Typisch sind PC-Lüfter, Drohnen und E-Bike-Nabenmotoren.

Ein schneller Motor mit kleinem Drehmoment liefert wenig Kraft. Ein Getriebemotor setzt ein Getriebe dahinter (Stirnrad-, Planeten- oder Schneckengetriebe). Bei der Übersetzung $i = n_{\text{ein}} / n_{\text{aus}}$ sinkt die Drehzahl auf $n_{\text{aus}} = n_{\text{ein}} / i$, und das Drehmoment steigt mit dem Getriebewirkungsgrad $\eta_G$ (kleiner als 1) auf den Wert unten. Die Leistung $P = 2\pi \cdot n \cdot M$ bleibt bis auf die Verluste gleich. Beispiel: 6000 1/min und 0,020 N·m mit $i = 50$ und $\eta_G = 0{,}8$ ergeben 120 1/min und $50 \cdot 0{,}8 \cdot 0{,}020 = 0{,}80$ N·m. Schneckengetriebe halten eine Last oft auch ohne Strom (selbsthemmend).

Ein Servomotor ist keine eigene Motorbauart, sondern ein Regelkreis: ein Motor, ein Lagesensor (Encoder, Potentiometer) und ein Regler, der Soll- und Istwert vergleicht und den Motorstrom nachführt. So hält er Position oder Drehzahl auch bei wechselnder Last genau und hat im Stillstand Haltemoment. Im Modellbau gibt ein Impuls von etwa 1 ms bis 2 ms Dauer, alle 20 ms wiederholt, den Winkel vor. Nachteile: aufwendiger und teurer, und ein falsch eingestellter Regler lässt ihn schwingen.

Ein Schrittmotor dreht sich bei jedem Impuls um einen festen Winkel, den Schrittwinkel, häufig 1,8°. Das sind 360° : 1,8° = 200 Schritte je Umdrehung. Eine Elektronik schaltet die Ständerspulen nacheinander, der Läufer folgt. Impulszahl und Impulsfrequenz bestimmen Drehwinkel und Drehzahl, man fährt Positionen also ohne Sensor an (Steuerung). Im Mikroschrittbetrieb teilt die Ansteuerung jeden Schritt weiter, zum Beispiel in 16. Bei Überlast überspringt der Läufer Schritte, ohne dass es jemand merkt. Das Haltemoment im Stillstand kostet Strom. Beispiel 3D-Drucker: Treibt der Motor über eine Riemenscheibe mit 40 mm Umfang, bewegt ein Vollschritt den Schlitten um 40 mm : 200 = 0,2 mm, ein Mikroschritt um 0,0125 mm.

Zuerst berechnet man, was die Last braucht: Drehmoment $M$ und Drehzahl $n$ aus Kraft, Radius und Geschwindigkeit. Dann plant man eine Reserve ein, etwa den Faktor 1,25 beim Moment (angenommen). Das Datenblatt nennt Nennspannung, Nennmoment, Nenndrehzahl, Nennstrom, Anlauf- oder Haltemoment, Blockierstrom (Strom bei stehendem Motor unter Spannung, der ihn schnell überhitzt), Wirkungsgrad und Lebensdauer. Die Nennwerte gelten für Dauerbetrieb. Zuletzt prüft man, ob Versorgung und Ansteuerung passen, und vergleicht Preis und Größe.

Versuche mit Motoren machst du nur mit Kleinspannung aus Batterie oder Netzgerät. Ein blockierter Motor und ein kurzgeschlossener Akku werden heiß.

Der Anker hat den Widerstand $R$ und erzeugt beim Drehen die Gegenspannung $k \cdot \omega$ ($\omega = 2\pi n$, $k$ Motorkonstante). Für den Strom gilt $U = R \cdot I + k \omega$, für das Moment $M = k \cdot I$ (derselbe Wert $k$, in V·s oder N·m/A). Daraus folgt die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, eine fallende Gerade. Leerlauf ($M = 0$): $\omega_0 = U / k$. Stillstand ($\omega = 0$): Blockierstrom $U / R$ und Anlaufmoment $k U / R$.

Jeder Gleichstrommotor ist auch ein Generator. Dreht man ihn schneller als $\omega_0 = U / k$, wird $I = (U - k\omega) / R$ negativ: Er gibt elektrische Leistung ab, und sein Moment bremst. Elektrofahrzeuge laden so beim Bremsen den Akku (Rekuperation). Der Motor aus dem Beispiel hat bei $\omega = 700\ \text{s}^{-1}$ den Strom $(12 - 14) / 1{,}0 = -2$ A.

Ein Feldeffekttransistor (MOSFET) schaltet mit der Spannung am Steueranschluss (Gate) fast ohne Steuerleistung: Er leitet mit sehr kleinem Widerstand oder sperrt, die Verlustleistung ist klein.

• H-Brücke: Vier Schalter bilden ein H, der Motor liegt im Querbalken. Ein Diagonalpaar treibt den Strom in eine Richtung, das andere in die Gegenrichtung. Zwei Schalter einer Seite dürfen nie zugleich leiten (Kurzschluss), darum gibt es eine kurze Totzeit.
• Freilaufdiode: Die Wicklung ist eine Spule. Beim Abschalten will sie den Strom weiterführen und erzeugt eine Spannungsspitze. Eine Diode parallel zum Motor (in Sperrrichtung zur Versorgung) gibt dem Strom einen Weg und schützt den Transistor.
• Pulsweitenmodulation (PWM): Der Schalter wird schnell ein- und ausgeschaltet, zum Beispiel mit 20 kHz. Der Tastgrad $D = t_{\text{ein}} / T$ ist der Anteil der Periode $T$, in dem er leitet. Der Motor mittelt: $U_{\text{mittel}} = D \cdot U_B$.