Kv, Kt och antalet poler: de tre värdena som beskriver en elmotor
Två motorer av samma storlek kan bete sig väldigt olika: den ena ger mycket kraft vid start men når snabbt sin maxhastighet, medan den andra accelererar långsammare men kan uppnå högre hastigheter. Skillnaden syns i två konstanter, Kv och Kt, samt i antalet poler. Denna guide förklarar dessa, tillsammans med de beräkningar som är användbara i vardagen.
Det viktigaste
- Kv-värdet anger hur många varv per minut motorn snurrar med per volt, när den inte belastas.
- Kt-värdet indikerar hur mycket vridmoment motorn producerar per ampere. Det är omvänt proportionellt mot Kv-värdet, med en viss faktor.
- En hög Kv-värde ger högre hastighet, medan ett högt Kt-värde ger mer kraft: man kan inte få båda egenskaperna i samma motor.
- Antalet poler bestämmer frekvensen på strömmen som styrenheten måste generera.
Kv-värdet: varvtal per volt
Kv-värdet mäts i varv per minut per volt. En motor med ett Kv-värde på 15 varv per minut, under tomgång och utan förluster, kommer att rotera 15 varv per minut för varje volt som appliceras. På ett batteri med full laddning på 84 V, skulle den i teorin kunna rotera med maximalt cirka 15 × 84 = 1 260 varv per minut.
Detta är en maximal hastighet: under belastning minskar spänningen i batteriet, kablarna och lindningarna, samt friktionen, vilket sänker hastigheten. Det förklarar varför ett batteri med högre spänning gör en elscooter snabbare med samma motor, och varför man talar om fältavmagnetisering för att överskrida denna gräns.
Från rotation till hastigheten på elscootern
För en navmotor roterar hjulet med motorns hastighet. Hastigheten i kilometer per timme beräknas enligt följande:
`hastighet (km/h) = varv per minut × hjulomkrets (m) × 60 ÷ 1 000`
Exempel: 1 260 varv per minut på ett hjul med en omkrets på 0,8 meter ger 1 260 × 0,8 × 60 ÷ 1 000 ≈ 60 km/h, i teorin och utan last. Den faktiska hastigheten kommer att vara lägre.
Kt: Vridmoment per ampere
Kt mäts i newton-meter per ampere. En motor med ett Kt-värde på 0,6 producerar 0,6 N·m för varje ampere ström till motorn. Med 100 A producerar den 60 N·m.
Kv och Kt beskriver samma sak, men från två olika perspektiv: magneternas styrka och antalet varv i lindningarna. Med konsekventa enheter är de relaterade genom en enkel formel:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt i Nm/A, Kv i varv per minut per volt)
Med ett Kv-värde på 15, finner vi ett Kt-värde på ungefär 0,64 N·m/A. Beroende på tillverkarnas mätkonventioner (spänning mellan faser eller per fas, toppvärde eller effektivvärde), kan detta förhållande variera med en faktor som ligger mellan 1,2 och 1,7. Använd detta som en ungefärlig riktlinje, inte som ett exakt värde.
Hög hastighet eller högt vridmoment: samma motor, men med en annan lindning
För samma stomme och samma magneter kan man linda statorn med fler varv av tunnare tråd, eller färre varv av tjockare tråd.
| Fler varv (högre vridmoment) | Färre varv (hög hastighet) | |
|---|---|---|
| Kv | Lägre värde: Lägre hastighet per volt | Högre: Mer hastighet per volt |
| Kt | Högre effekt: mer vridmoment per ampere | Lägre spänning: mindre vridmoment per ampere |
| Ström för samma vridmoment | Mindre | Högre |
| Det han begär av styrenheten och batteriet | Mindre ström | Mer ström |
Med samma storlek kan de två lindningarna producera en jämförbar effekt: den ena uppnår detta med högre spänning och lägre ström, den andra tvärtom. Det rätta valet beror på batterispänningen, vad styrenheten och batteriet kan leverera i ström, och användningsområdet: acceleration och backar, eller topphastighet. Det är logiken bakom de "High Speed" och "High Torque"-versionerna av våra elscootermotorer.
Polerna: den elektriska frekvensen
En motor har ett visst antal magnetiska polpar, det vill säga par av nord- och sydpoler på rotorn. För varje mekanisk varv måste strömmen genomgå lika många kompletta cykler som det finns polpar.
`elektrisk frekvens (Hz) = varv per minut ÷ 60 × antal polpar`
Motorerna i elscootrarna har många poler: det är det som ger dem vridmoment vid låga hastigheter utan att behöva en växellåda. Å andra sidan måste styrenheten producera en hög frekvens vid höga hastigheter, vilket kräver en snabb styrning och en tillräckligt hög omkopplingsfrekvens.
Programvaror för inställningar, som till exempel VESC Tool, visar ofta hastigheten i varv per minut (RPM) för den elektriska motorn: detta är den mekaniska hastigheten multiplicerad med antalet polpar.
Här är vad man bör tänka på när man väljer motor:
- Maximal hastighet beror på Kv-värdet och spänningen: Kv multiplicerat med spänningen, samt hjulstorleken.
- Vridmomentet beror på Kt-värdet och strömmen som styrenheten kan leverera till faserna.
- Uppvärmningen beror på strömmen: en motor med låg Kt-värde kräver mer ström för samma vridmoment, och därför blir den varmare vid samma vridmoment om den inte är större.
- Styrsystemet måste övervaka strömmen i varje fas och den elektriska frekvensen.
Vanliga frågor
Hur mäter man Kv-värdet på en motor?
Kör motorn utan belastning, med hjulet lyft, vid en känd spänning, och mät dess rotationshastighet. Kv-värdet är förhållandet mellan dessa två värden. Styrkretsar som VESC kan också härleda detta värde genom att analysera magnetflödet under motordetektion.
Ökar en högre Kv-värde alltid elscooterns hastighet?
Den ökar den maximala hastigheten, men kräver mer ström för samma vridmoment. Om batteriet eller styrenheten inte klarar av att leverera tillräckligt med ström, kommer maskinen att vara långsammare vid acceleration och kan stängas av. Fördelen är bara verklig om hela systemet är dimensionerat för att hantera den ökade belastningen.
Varför har navmotorer så många poler?
Eftersom de driver hjulet direkt, utan någon utväxling. Ett stort antal poler ger ett högt vridmoment vid låga hastigheter i en platt och stor motor, vilket är precis vad som behövs i ett hjul.