Kv, Kt e numero di poli: le tre cifre che descrivono un motore elettrico

Due motori della stessa dimensione possono comportarsi in modo molto diverso: uno spinge forte in partenza ma si ferma presto, l'altro accelera meno ma raggiunge una velocità maggiore. La differenza si legge in due costanti, il Kv e il Kt, e nel numero di poli. Questa guida li spiega, con i calcoli utili quotidianamente.

L'essenziale

  • Il Kv indica quanti giri al minuto compie il motore per volt, a vuoto.
  • Il Kt indica quanta coppia produce il motore per ampere. È l'inverso del Kv, a meno di un fattore.
  • Un Kv elevato offre velocità, un Kt elevato offre forza: non si possono avere entrambi per lo stesso motore.
  • Il numero di poli fissa la frequenza della corrente che il controller deve produrre.

Il Kv: la velocità per volt

Il Kv si misura in giri al minuto per volt. Un motore con Kv 15 gira, a vuoto e senza perdite, a 15 giri al minuto per ogni volt applicato. Con una batteria da 84 V a piena carica, girerebbe quindi al meglio a circa 15 × 84 = 1.260 giri al minuto.

È una velocità massima: sotto carico, la caduta di tensione nella batteria, nei cavi e negli avvolgimenti, così come gli attriti, la riducono. Questo spiega perché una batteria a tensione più elevata rende un monopattino più veloce con lo stesso motore, e perché si parla di defluxing per superare questo limite.

Dalla rotazione alla velocità del monopattino

Per un motore a mozzo, la ruota gira alla velocità del motore. La velocità in chilometri orari si calcola così:

velocità (km/h) = giri al minuto × circonferenza della ruota (m) × 60 ÷ 1.000

Esempio: 1.260 giri al minuto su una ruota da 0,8 m di circonferenza danno 1.260 × 0,8 × 60 ÷ 1.000 ≈ 60 km/h, a vuoto e in teoria. La velocità reale sarà più bassa.

Il Kt: la coppia per ampere

Il Kt si misura in newton-metri per ampere. Un motore con Kt 0,6 produce 0,6 N·m per ogni ampere di corrente di fase. Con 100 A, produce 60 N·m.

Kv e Kt descrivono la stessa cosa vista da due lati: la forza dei magneti e il numero di spire degli avvolgimenti. Con unità coerenti, sono legati da una relazione semplice:

Kt ≈ 9,55 ÷ Kv (Kt in N·m/A, Kv in giri al minuto per volt)

Con un Kv di 15, si ottiene un Kt di circa 0,64 N·m/A. Secondo le convenzioni di misura dei produttori (tensione tra le fasi o per fase, valore di picco o efficace), questa relazione può variare di un fattore vicino a 1,2 - 1,7: usatelo come ordine di grandezza, non come valore esatto.

High Speed o High Torque: lo stesso motore, avvolto diversamente

Per la stessa carcassa e gli stessi magneti, si può avvolgere lo statore con più spire di filo sottile, o meno spire di filo grosso.

Più spire (High Torque)Meno spire (High Speed)
KvPiù basso: meno velocità per voltPiù alto: più velocità per volt
KtPiù alto: più coppia per amperePiù basso: meno coppia per ampere
Corrente per la stessa coppiaMinorePiù elevata
Cosa richiede al controller e alla batteriaMeno correntePiù corrente

A parità di dimensioni, i due avvolgimenti possono produrre una potenza comparabile: uno la ottiene con più tensione e meno corrente, l'altro l'inverso. La scelta giusta dipende dalla tensione della batteria, da ciò che il controller e la batteria possono fornire in termini di corrente, e dall'utilizzo: riprese e salite, o velocità di punta. Questa è la logica delle versioni High Speed e High Torque dei nostri motori per monopattino elettrico.

I poli: la frequenza elettrica

Un motore ha un certo numero di coppie di poli magnetici, cioè coppie di magneti nord e sud sul rotore. Ad ogni giro meccanico, la corrente deve compiere tanti cicli completi quante sono le coppie di poli.

frequenza elettrica (Hz) = giri al minuto ÷ 60 × numero di coppie di poli

I motori a mozzo per monopattino hanno molti poli: è ciò che conferisce loro coppia a bassa velocità senza riduzione. In contropartita, il controller deve produrre una frequenza elevata ad alta velocità, il che richiede un comando rapido e una frequenza di commutazione sufficiente.

I software di configurazione, come VESC Tool, visualizzano spesso la velocità in giri elettrici al minuto (ERPM): è la velocità meccanica moltiplicata per il numero di coppie di poli.

Cosa ricordare per scegliere un motore

  • La velocità massima dipende dal Kv e dalla tensione: Kv × tensione, poi la ruota.
  • La coppia dipende dal Kt e dalla corrente di fase che il controller può inviare.
  • Il riscaldamento dipende dalla corrente: un motore con Kt basso richiede più corrente per la stessa coppia, quindi scalda di più a parità di coppia se non è più grande.
  • Il controller deve essere all'altezza in termini di corrente di fase e frequenza elettrica.

Domande frequenti

Come misurare il Kv del proprio motore?

Fate girare il motore a vuoto, con la ruota sollevata, a una tensione nota, e misurate la sua velocità di rotazione; il Kv è il rapporto tra le due. I controller regolabili come il VESC lo deducono anche dalla rilevazione del motore, a partire dal flusso dei magneti.

Un Kv più elevato rende sempre il monopattino più veloce?

Alza la velocità massima, ma richiede più corrente per la stessa coppia. Se la batteria o il controller non reggono la corrente, la macchina sarà più lenta in ripresa e potrebbe spegnersi. Il guadagno è reale solo se l'intera catena è dimensionata.

Perché i motori a mozzo hanno così tanti poli?

Perché trascinano la ruota direttamente, senza riduzione. Molti poli conferiscono una forte coppia a bassa velocità in un motore piatto e di grande diametro, esattamente ciò che serve in una ruota.