Lorentz'sche Regel

  • Die Lorentz'sche Regel oder was bestimmt das Drehmoment eines Elektromotors?

    Die Lorentz'sche Regel ist die Grundlage warum unsere kleinen Autos durch Elektromotoren bewegt werden können, dabei ist es prinzipiell egal ob es sich um einen brushed oder brushless Motor handelt, die Lorent'sche Regel gilt für beide Antriebsarten.


    Um das verständlicher zu erklären geht es um das Grundprinzip von elektrischen Maschinen die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln und umgekehrt. Die Lorentz’sche Regel oder auch Lenzsche Regel. Diese Regel besagt, dass auf einen Stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld eine Kraft wirkt, die den Leiter aus dem Magnetfeld bewegen will. Die Höhe der Kraft ist grob abhängig von vier Parametern:


    1. Die erzeugte Kraft ist direkt abhängig von der Anzahl der Leiter, also den Windungen einer Spule, die dem Magnetfeld ausgesetzt ist. Je mehr Windungen eine Spule hat, desto größer ist die erzeugte Kraft.


    2. Die erzeugte Kraft ist abhängig von der Stromstärke die durch die Spule fließt, diese ist direkt abhängig von der angelegten Spannung. Also je höher die Spannung, desto mehr Strom kann in derselben Spule fließen, je mehr Strom fließt, desto stärker ist das induzierte Magnetfeld der Spule. Der Leiterquerschnitt der einzelnen Windungen wirkt indirekt auf die Kraft ein, denn durch einen Leiter mit einem größeren Querschnitt kann mehr Strom fließen und eine Spule mit gleicher Windungszahl hat einen geringeren Widerstand je größer der Querschnitt des Leiters ist.


    3. Die erzeugte Kraft ist direkt abhängig von der Stärke des Magnetfeldes, in dem sich die Spule befindet. Je stärker das Magnetfeld ist, desto mehr Kraft wird erzeugt. Bei gleicher Größe nimmt die Güte der verwendeten Permanentmagnete Einfluss auf die Stärke des Magnetfeldes.


    4. Die erzeugte Kraft ist direkt abhängig von der Länge der Spule die im Magnetfeld wirkt. Je länger die Spule ist, desto mehr Kraft wird erzeugt. Deswegen erzeugt ein 550er Motor mehr Drehmoment als vergleichsweise ein 540er Motor.


    5. Auch der Aufbau des Motors selber bestimmt das zu erzeugende Drehmoment und die Effizienz des Motors, dabei kommt es auf die Güte der Lager am Läufer an, den Luftspalt zwischen Stator Pol und Läufer Pol, sowie die Wärmeableitung der Spulen und noch weitere Parameter deren Benennung aber zu sehr ins Detail der Elektrotechnik und Physik gehen würde.


    Das Schaubild soll verdeutlichen, das bei einer höheren Spannung auch mehr Strom fließt und dadurch das Magnetfeld um einen Leiter/Spule herum stärker wird - somit wird die Kraft/Drehmoment zur Ablenkung des Leiters auch größer.


    All diese Parameter sind dem Motor nach, spezifische Parameter, die das erzeugte Drehmoment beeinflussen. Für einen BL Motor bedeuten diese Umstände, dass je mehr Drehmoment ein Motor erzeugt, desto stabiler ist er in der Drehzahl unter Last, die Parameter wirken also Koeffizient (mitwirkend) auf die Drehzahl des Motors ein.

    Für einen Bürsten Motor, bedeuten diese Umstände eine tatsächlich höhere Drehzahl in Abhängigkeit eines höheren Drehmomentes bei höherer Versorgungsspannung. Eine Drehzahlregelung über die Regelung der Eingangsspannung ist daher auch gleichzeitig eine direkt abhängige Regelung des Drehmomentes und zwar in der gleichen Abhängigkeit die der Drehzahl.

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