Kv, Kt e número de polos: os três parâmetros que descrevem um motor elétrico
Dois motores do mesmo tamanho podem ter comportamentos muito diferentes: um pode ter um desempenho forte na partida, mas atinge rapidamente o limite máximo, enquanto outro acelera menos, mas atinge velocidades mais altas. A diferença está em duas constantes, o Kv e o Kt, e no número de pólos. Este guia explica esses conceitos, juntamente com os cálculos úteis para o dia a dia.
O essencial
- O valor de Kv indica a quantidade de rotações por minuto que o motor realiza por volt, quando está em marcha lenta.
- O valor de Kt indica o torque que o motor produz por ampère. É o inverso do Kv, com uma diferença de um fator.
- Um Kv alto proporciona velocidade, enquanto um Kt alto oferece força: não é possível ter ambos os atributos em um mesmo motor.
- O número de polos determina a frequência da corrente que o controlador precisa gerar.
O Kv: a velocidade por volt
O valor de Kv é medido em rotações por minuto por volt. Um motor com Kv de 15 gira, em condições ideais e sem perdas, a 15 rotações por minuto para cada volt aplicado. Em uma bateria de 84V totalmente carregada, ele giraria, no máximo, a aproximadamente 15 × 84 = 1260 rotações por minuto.
É uma velocidade máxima: sob carga, a queda de tensão na bateria, nos cabos e nas bobinas, bem como o atrito, a reduzem. Isso explica por que uma bateria com tensão mais alta torna uma scooter mais rápida com o mesmo motor, e por que se fala em desmagnetização para ultrapassar esse limite.
Da rotação à velocidade da scooter
Para um motor de cubo, a roda gira na velocidade do motor. A velocidade em quilômetros por hora é calculada da seguinte forma:
`velocidade (km/h) = rotações por minuto × circunferência da roda (m) × 60 ÷ 1000`
Exemplo: 1.260 rotações por minuto em uma roda com uma circunferência de 0,8 metros resultam em 1.260 × 0,8 × 60 ÷ 1.000 ≈ 60 km/h, em condições ideais e sem carga. A velocidade real será menor.
Kt: torque por ampère
O valor de Kt é medido em newton-metros por ampère. Um motor com um valor de Kt de 0,6 produz 0,6 N·m para cada ampère de corrente na fase. Com 100 A, ele produz 60 N·m.
Kv e Kt descrevem a mesma coisa, mas sob perspectivas diferentes: a força dos ímãs e o número de espiras dos enrolamentos. Com unidades consistentes, eles estão relacionados por uma relação simples:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt em N·m/A, Kv em rotações por minuto por volt)
Com um valor de Kv de 15, obtemos um valor de Kt de aproximadamente 0,64 N·m/A. De acordo com as convenções de medição dos fabricantes (tensão entre fases ou por fase, valor de pico ou eficaz), essa relação pode variar em um fator próximo de 1,2 a 1,7: utilize isso como uma ordem de magnitude, e não como um valor exato.
Alta velocidade ou alto torque: o mesmo motor, com enrolamento diferente
Para a mesma estrutura e os mesmos ímãs, é possível enrolar o estator com mais espiras de fio fino, ou com menos espiras de fio mais grosso.
| Mais espiras (alto torque) | Menos espiras (alta velocidade) | |
|---|---|---|
| Kv | Mais abaixo: menor velocidade por volt | Mais acima: maior velocidade por volt |
| Kt | Acima: mais torque por ampère | Mais abaixo: menor torque por ampère |
| Corrente para o mesmo torque | Mais baixo | Mais alto |
| O que ele exige do controlador e da bateria | Menos corrente | Mais corrente |
Com o mesmo tamanho, os dois tipos de enrolamento podem produzir uma potência comparável: um deles alcança essa potência com mais tensão e menos corrente, enquanto o outro faz o contrário. A escolha ideal depende da tensão da bateria, da capacidade de fornecimento de corrente do controlador e da bateria, e do uso pretendido: aceleração e subida de ladeiras, ou velocidade máxima. Essa é a lógica por trás das versões de alta velocidade e alto torque dos nossos motores para scooters elétricos.
Os polos: a frequência elétrica
Um motor possui um certo número de pares de polos magnéticos, ou seja, pares de ímãs com polaridade norte e sul no rotor. A cada rotação mecânica, a corrente elétrica deve completar um número de ciclos igual ao número de pares de polos.
`frequência elétrica (Hz) = rotações por minuto ÷ 60 × número de pares de polos`
Os motores de cubo para scooters têm muitos polos: é isso que lhes confere torque em baixas velocidades, sem a necessidade de uma redução. Em contrapartida, o controlador precisa gerar uma frequência alta em altas velocidades, o que exige um controle rápido e uma frequência de chaveamento adequada.
Os softwares de configuração, como o VESC Tool, frequentemente exibem a velocidade em rotações elétricas por minuto (ERPM): essa é a velocidade mecânica multiplicada pelo número de pares de polos.
O que se deve considerar ao escolher um motor:
- A velocidade máxima depende do valor de Kv e da tensão: Kv multiplicado pela tensão, e depois, do tipo de roda.
- O torque depende do valor de Kt e da corrente de fase que o controlador pode fornecer.
- O aquecimento depende da corrente: um motor com um baixo valor de Kt exige mais corrente para produzir o mesmo torque, portanto, aquece mais em condições de torque equivalente, a menos que seja fisicamente maior.
- O controlador deve monitorar a corrente de fase e a frequência elétrica.
Perguntas frequentes
Como medir o Kv do seu motor?
Coloque o motor em funcionamento sem carga, com a roda suspensa, a uma tensão conhecida, e meça sua velocidade de rotação. O valor de Kv é a relação entre esses dois valores. Controladores ajustáveis, como o VESC, também podem determinar esse valor através da detecção do motor, a partir do fluxo dos ímãs.
Um valor de Kv mais alto sempre torna a scooter mais rápida?
Aumenta a velocidade máxima, mas exige mais corrente para o mesmo torque. Se a bateria ou o controlador não conseguirem fornecer a corrente necessária, o veículo será mais lento na retomada e poderá até desligar. O ganho real só é alcançado se toda a cadeia de componentes estiver dimensionada para suportar essa demanda.
Por que os motores de cubo têm tantos polos?
Como eles acionam a roda diretamente, sem redução, um grande número de polos proporciona um alto torque em baixas velocidades em um motor plano e de grande diâmetro, exatamente o que é necessário em uma roda.