Messergebnis statisches Moment
Die Werte für die Resonanzfrequenz über dem Phasenstrom wurden einmal mit und einmal ohne den zusätzlichen Testkörper aufgenommen. Es wurde dabei jeweils (ausgehend von einer entgegengesetzten Magnetisierung) der Strom ab null in Stufen von 10mA erhöht bis 180-200mA und dann, nach kurzem Erhöhen auf 300mA die Kurve in den gleichen Stufen rückwärts durchlaufen.

Unmittelbar nachvollziehbar ist das Bild oben links, in dem direkt die Frequenzen über dem Strom aufgetragen sind. Die rote Kurve hat die tiefste Frequenz, sie wurde mit größerem Trägheitsmoment und mit ansteigendem Strom aufgenommen. Beim Rückweg auf der gelben Kurve wirkt die Remanenz der Magnetfluss ist stärker und die Frequenz damit höher. Die blaue Kurve ist die Aufnahme der Frequenz bei kleinem Trägheitsmoment und die grüne Kurve ist die dazugehörige Kurve mit abnehmendem Strom.

Quadriert man die Frequenz und multipliziert sie mit 4Pi², dann erhält man D1 / J, die Steigung des Momentes für die eine Phasenspule, geteilt durch das Trägheitsmoment. Die Kurve ist unten links aufgetragen. Es sind unanschaulich hohe Werte, die dem Moment proportional sind. Wenn man die Kurven schon in excel hat, dann ist es am einfachsten die oberen beiden mit dem geschätzten Anker Trägheitsmoment zu multiplizieren und die unteren beiden gleichzeitig mit dem Anker Trägheitsmoment plus dem bekannten Bohrfutter Trägheitsmoment zu multiplizieren. Variiert man dann den Wert für das Anker Trägheitsmoment solange bis die Kurven sich so gut wie möglich decken, dann stimmt der angenommene Wert und die Kurve beschreiben den Verlauf von D1 über dem Strom.

Mit Mh1 = D1 / 50 erhält man das Haltemoment für eine Phasenspule über dem Phasenstrom i, die Kurven im mittleren Bild. Es ist das Haltemoment in Nm über dem Strom in mA. Das Moment ist recht hoch, dafür hat die Spule entsprechend viele Windungen.


Aufgetragen ist hier das Haltemoment (hier speziell für eine Phase), die Größe die bei der Benennung von Schrittmotoren angegeben wird. Die Kurve hat die Form einer üblichen Hysteresekurve für Dynamoblech mit geringer Koerzitivkraft. Die Kurve ist relativ schmal, läuft aber nicht auf den Nullpunkt zu. Das ist durch den permanent magnetisierten Anker bedingt. Mit dem Drehen des Ankers kehrt sich die Remanenz um und die Kurve verläuft im negativen Bereich punktsymmetrisch zum Nullpunkt.

Das zum Antrieb wirksame Moment Mr1 (für eine Phasenspule) beinhaltet nicht den Teil des Haltemoments, der beim Strom null den Anker aufgrund seiner Magnetisierung noch in der Position hält. Mr1 ist der Anteil oberhalb 39mNm. Beim Antrieb kommt der Motor jeweils aus der entgegengesetzten Magnetisierung und damit ist die rote (und blaue) Kurve maßgeblich. Damit hat der Motor beispielsweise ein Antriebsmoment von 100mNm bei 100mA.

Man erkennt, dass Mr1 nicht linear mit dem Strom steigt, sondern mit der Magnetisierungskurve abgeflacht ist. Das zeigt sich auch im Bild oben rechts, in dem Mr1 durch den Strom geteilt aufgetragen ist. Das Moment geteilt durch den Strom ist ja auch die Motorkonstante, die hier eben nicht ganz konstant ist, sondern über dem Strom von 1,4 Nm/A bis 0,7Nm/A abfällt.

Interessant ist dann sicher auch, wie groß die induzierte Spannung über der Winkelgeschwindigkeit ist, wenn der Motor als Generator betrieben wird. Das ist ja auch eine (die) Motorkonstante. Um die gleiche Skala zu verwenden, ist die Winkelgeschwindigkeit waagerecht in Upm aufgetragen und senkrecht die Motorkonstante für die induzierte Spannung in Vs. Es ergibt sich ein relativ konstanter Wert von 0,7Vs (violette Kurve). Die induzierte Spannung ist ja ganz durch die Magnetisierung des Ankers bedingt.

Im Bild unten rechts ist in der roten Kurve das Moment Mr1 über dem Strom aufgetragen. Es ist das für die Drehung wirksame Moment beim Betrieb von jeweils nur einer Phase (Wavedrive). Setzt man die gleiche Leistung für den Zweiphasenbetrieb ein, bei der immer zwei Phasen gleichzeitig angesteuert werden, dann ist der Strom pro Phase auf 0,7 zu reduzieren. Im Zusammenwirken der beiden Phasen erhöht sich das wirksame Moment Mr auf 1,41 * Mr1. Bei der Abflachung der Momentkurve über dem Strom führt das bei gleicher Leistung zu einem erhöhten Moment (schwarze Kurve im Bild unten rechts). Es ist also ein Vergleich der beiden Betriebsarten bei gleicher Leistung. In diesem Beispiel ist der Unterschied recht gering.
Manfred