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) | |
|---|---|---|
| Kv | Più basso: meno velocità per volt | Più alto: più velocità per volt |
| Kt | Più alto: più coppia per ampere | Più basso: meno coppia per ampere |
| Corrente per la stessa coppia | Minore | Più elevata |
| Cosa richiede al controller e alla batteria | Meno corrente | Più 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.