Kv, Kt en het aantal polen: dit zijn de drie parameters die een elektromotor beschrijven
Twee motoren van dezelfde grootte kunnen zich heel verschillend gedragen: de ene heeft veel trekkracht bij het opstarten maar bereikt snel zijn maximale snelheid, terwijl de andere minder snel accelereert maar een hogere topsnelheid bereikt. Het verschil zit in twee constante waarden, de Kv en de Kt, en in het aantal polen. Deze gids legt deze waarden uit, met de berekeningen die nuttig zijn in het dagelijks gebruik.
Het belangrijkste
- De Kv-waarde geeft aan hoeveel omwentelingen per minuut de motor maakt per volt, wanneer deze niet belast is.
- De Kt-waarde geeft aan hoeveel koppel de motor produceert per ampère. Het is het omgekeerde van de Kv-waarde, met een factor verschil.
- Een hoge Kv-waarde zorgt voor snelheid, terwijl een hoge Kt-waarde zorgt voor kracht: je kunt niet beide eigenschappen optimaal hebben in dezelfde motor.
- Het aantal polen bepaalt de frequentie van de stroom die de controller moet genereren.
De Kv-waarde: de snelheid per volt
De Kv-waarde wordt uitgedrukt in omwentelingen per minuut per volt. Een motor met een Kv van 15 draait, in theorie en zonder verliezen, 15 omwentelingen per minuut voor elk volt dat erop wordt aangesloten. Op een batterij van 84 volt, volledig opgeladen, zou deze motor dus maximaal ongeveer 15 × 84 = 1260 omwentelingen per minuut draaien.
Het is een maximale snelheid: onder belasting vermindert de spanningsval in de batterij, de kabels en de spoelen, evenals de wrijving, deze snelheid. Dit verklaart waarom een batterij met een hogere spanning een scooter sneller maakt met dezelfde motor, en waarom men spreekt van veldverzwakking om deze limiet te overschrijden.
Van rotatie tot de snelheid van de scooter
Voor een motor in het wiel draait het wiel met de snelheid van de motor. De snelheid in kilometers per uur wordt als volgt berekend:
`snelheid (km/u) = omwentelingen per minuut × omtrek van de wiel (m) × 60 ÷ 1000`
Voorbeeld: 1260 toeren per minuut op een wiel met een omtrek van 0,8 meter geeft 1260 × 0,8 × 60 ÷ 1000 ≈ 60 km/u, in theorie en zonder belasting. De werkelijke snelheid zal lager zijn.
De Kt-waarde: het koppel per ampère
De Kt-waarde wordt gemeten in newton-meter per ampère. Een motor met een Kt-waarde van 0,6 produceert 0,6 N·m voor elke ampère stroom. Met 100 ampère produceert hij 60 N·m.
Kv en Kt beschrijven hetzelfde, maar vanuit twee verschillende perspectieven: de kracht van de magneten en het aantal windingen van de spoelen. Met consistente eenheden zijn ze aan elkaar gerelateerd via een eenvoudige formule:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt in N·m/A, Kv in omwentelingen per minuut per volt)
Met een Kv-waarde van 15, vinden we een Kt-waarde van ongeveer 0,64 Nm/A. Afhankelijk van de meetconventies van de fabrikanten (spanning tussen fasen of per fase, piekwaarde of effectieve waarde), kan deze relatie variëren met een factor van ongeveer 1,2 tot 1,7: gebruik dit als een indicatie, niet als een exacte waarde.
Hoge snelheid of hoog koppel: dezelfde motor, maar anders gewikkeld
Voor dezelfde behuizing en dezelfde magneten kan de stator worden gewikkeld met meer windingen van dunne draad, of minder windingen van dikke draad.
| Meer wikkelingen (hoog koppel) | Minder wikkelingen (hoge snelheid) | |
|---|---|---|
| Kv | Lager: minder snelheid per volt | Hogere spanning: meer snelheid per volt |
| Kt | Bovenstaande: meer koppel per ampère | Lager: minder koppel per ampère |
| Stroomsterkte voor hetzelfde koppel | Minder | Hogere |
| Wat hij van de controller en de batterij verwacht | Minder stroom | Meer stroom |
Met een vergelijkbare grootte kunnen beide wikkelingen een vergelijkbaar vermogen leveren: de ene bereikt dit met een hogere spanning en minder stroom, de andere met het omgekeerde. De juiste keuze hangt af van de spanning van de batterij, wat de controller en de batterij kunnen leveren aan stroom, en van het gebruik: acceleratie en hellingen, of topsnelheid. Dit is de logica achter de High Speed en High Torque versies van onze motoren voor elektrische scooters.
De polen: de elektrische frequentie
Een motor heeft een bepaald aantal magnetische polen, dat wil zeggen paren van noord- en zuidmagneten op de rotor. Bij elke omwenteling moet de stroom evenveel volledige cycli doorlopen als er magnetische polen zijn.
`elektrische frequentie (Hz) = omwentelingen per minuut ÷ 60 × aantal poolparen`
De motoren in de wielen van elektrische scooters hebben veel polen: dit geeft ze koppel bij lage snelheid zonder reductie. In ruil daarvoor moet de controller een hoge frequentie produceren bij hoge snelheid, wat een snelle besturing en een voldoende hoge schakelfrequentie vereist.
Software voor het afstellen, zoals VESC Tool, geeft vaak de snelheid weer in elektrische omwentelingen per minuut (ERPM): dit is de mechanische snelheid vermenigvuldigd met het aantal poolparen.
Waar je op moet letten bij het kiezen van een motor
- De maximale snelheid is afhankelijk van de Kv-waarde en de spanning: Kv vermenigvuldigd met de spanning, en vervolgens de wielmaat.
- Het koppel is afhankelijk van de Kt-waarde en de fase-stroom die de controller kan leveren.
- De opwarming is afhankelijk van de stroom: een motor met een lage Kt-waarde heeft meer stroom nodig om hetzelfde koppel te leveren, en zal dus warmer worden bij hetzelfde koppel, tenzij deze motor groter is.
- De controller moet de stroom per fase en de elektrische frequentie volgen.
Veelgestelde vragen
Hoe meet je de Kv-waarde van je motor?
Laat de motor draaien zonder belasting, met het wiel omhoog, bij een bekende spanning, en meet de rotatiesnelheid; de Kv-waarde is de verhouding tussen deze twee waarden. Regelbare controllers, zoals de VESC, bepalen dit ook tijdens de motortest, op basis van het magnetische veld.
Maakt een hogere Kv-waarde een elektrische scooter altijd sneller?
Het verhoogt de maximale snelheid, maar vereist meer stroom om hetzelfde koppel te leveren. Als de batterij of de controller niet voldoende stroom kunnen leveren, zal het apparaat trager versnellen en kan het zelfs afslaan. De prestatiewinst is alleen merkbaar als de hele keten is ontworpen om deze hogere eisen te kunnen verwerken.
Waarom hebben navelmotores zoveel polen?
Omdat ze de wielnaaf direct aandrijven, zonder reductie. Een groot aantal polen zorgt voor een hoog koppel bij lage snelheid in een platte, brede motor, wat precies nodig is voor een wielmotor.