Kv, Kt et nombre de pôles : les trois chiffres qui décrivent un moteur électrique
Deux moteurs de même taille peuvent se comporter très différemment : l'un pousse fort au démarrage mais plafonne vite, l'autre accélère moins mais va plus loin en vitesse. La différence se lit dans deux constantes, le Kv et le Kt, et dans le nombre de pôles. Ce guide les explique, avec les calculs utiles au quotidien.
L'essentiel
- Le Kv indique combien de tours par minute le moteur fait par volt, à vide.
- Le Kt indique combien de couple le moteur produit par ampère. Il est l'inverse du Kv, à un facteur près.
- Un Kv élevé donne de la vitesse, un Kt élevé donne de la force : on ne peut pas avoir les deux pour un même moteur.
- Le nombre de pôles fixe la fréquence du courant que le contrôleur doit produire.
Le Kv : la vitesse par volt
Le Kv se mesure en tours par minute par volt. Un moteur de Kv 15 tourne, à vide et sans pertes, à 15 tours par minute pour chaque volt appliqué. Sur une batterie de 84 V pleine charge, il tournerait donc au mieux à environ 15 × 84 = 1 260 tours par minute.
C'est une vitesse plafond : en charge, la chute de tension dans la batterie, les câbles et les bobinages, ainsi que les frottements, la réduisent. Elle explique pourquoi une batterie de tension plus élevée rend une trottinette plus rapide avec le même moteur, et pourquoi on parle de défluxage pour dépasser ce plafond.
De la rotation à la vitesse de la trottinette
Pour un moteur moyeu, la roue tourne à la vitesse du moteur. La vitesse en kilomètres par heure se calcule ainsi :
vitesse (km/h) = tours par minute × circonférence de la roue (m) × 60 ÷ 1 000
Exemple : 1 260 tours par minute sur une roue de 0,8 m de circonférence donnent 1 260 × 0,8 × 60 ÷ 1 000 ≈ 60 km/h, à vide et en théorie. La vitesse réelle sera plus basse.
Le Kt : le couple par ampère
Le Kt se mesure en newton-mètres par ampère. Un moteur de Kt 0,6 produit 0,6 N·m pour chaque ampère de courant de phase. Avec 100 A, il produit 60 N·m.
Kv et Kt décrivent la même chose vue de deux côtés : la force des aimants et le nombre de spires des bobinages. Avec des unités cohérentes, ils sont liés par une relation simple :
Kt ≈ 9,55 ÷ Kv (Kt en N·m/A, Kv en tours par minute par volt)
Avec un Kv de 15, on trouve un Kt d'environ 0,64 N·m/A. Selon les conventions de mesure des fabricants (tension entre phases ou par phase, valeur crête ou efficace), cette relation peut varier d'un facteur proche de 1,2 à 1,7 : servez-vous-en comme ordre de grandeur, pas comme valeur exacte.
High Speed ou High Torque : le même moteur, bobiné autrement
Pour une même carcasse et les mêmes aimants, on peut bobiner le stator avec plus de spires de fil fin, ou moins de spires de fil gros.
| Plus de spires (High Torque) | Moins de spires (High Speed) | |
|---|---|---|
| Kv | Plus bas : moins de vitesse par volt | Plus haut : plus de vitesse par volt |
| Kt | Plus haut : plus de couple par ampère | Plus bas : moins de couple par ampère |
| Courant pour un même couple | Plus faible | Plus élevé |
| Ce qu'il demande au contrôleur et à la batterie | Moins de courant | Plus de courant |
À taille égale, les deux bobinages peuvent produire une puissance comparable : l'un l'obtient avec plus de tension et moins de courant, l'autre l'inverse. Le bon choix dépend de la tension de la batterie, de ce que le contrôleur et la batterie peuvent fournir en courant, et de l'usage : relances et côtes, ou vitesse de pointe. C'est la logique des versions High Speed et High Torque de nos moteurs de trottinette électrique.
Les pôles : la fréquence électrique
Un moteur a un certain nombre de paires de pôles magnétiques, c'est-à-dire de paires d'aimants nord et sud sur le rotor. À chaque tour mécanique, le courant doit faire autant de cycles complets qu'il y a de paires de pôles.
fréquence électrique (Hz) = tours par minute ÷ 60 × nombre de paires de pôles
Les moteurs moyeux de trottinette ont beaucoup de pôles : c'est ce qui leur donne du couple à basse vitesse sans réduction. En contrepartie, le contrôleur doit produire une fréquence élevée à haute vitesse, ce qui demande une commande rapide et une fréquence de découpage suffisante.
Les logiciels de réglage, comme VESC Tool, affichent souvent la vitesse en tours électriques par minute (ERPM) : c'est la vitesse mécanique multipliée par le nombre de paires de pôles.
Ce qu'on retient pour choisir un moteur
- La vitesse plafond dépend du Kv et de la tension : Kv × tension, puis la roue.
- Le couple dépend du Kt et du courant de phase que le contrôleur peut envoyer.
- La chauffe dépend du courant : un moteur à Kt bas demande plus de courant pour le même couple, donc chauffe plus à couple égal s'il n'est pas plus gros.
- Le contrôleur doit suivre en courant de phase et en fréquence électrique.
Questions fréquentes
Comment mesurer le Kv de son moteur ?
Faites tourner le moteur à vide, roue levée, à une tension connue, et mesurez sa vitesse de rotation ; le Kv est le rapport des deux. Les contrôleurs réglables comme le VESC le déduisent aussi de la détection du moteur, à partir du flux des aimants.
Un Kv plus élevé rend-il toujours la trottinette plus rapide ?
Il relève la vitesse plafond, mais demande plus de courant pour le même couple. Si la batterie ou le contrôleur ne suivent pas en courant, la machine sera plus lente en relance et pourra couper. Le gain n'est réel que si toute la chaîne est dimensionnée.
Pourquoi les moteurs moyeux ont-ils autant de pôles ?
Parce qu'ils entraînent la roue directement, sans réduction. Beaucoup de pôles donnent un fort couple à basse vitesse dans un moteur plat et de grand diamètre, exactement ce qu'il faut dans une roue.