Motor sabiti, hareket kontrolü uygulamalarında DC motorların seçilmesine yardımcı olur. Fırçalı ve fırçasız DC motorlar, güce duyarlı veya verimlilik isteyen uygulamalarda iyi bir seçimdir.

Çoğu zaman, bir DC motor veya jeneratör veri sayfası, tork hassasiyetinin sargı direncinin kareköküne bölünmesiyle elde edilen motor sabiti Km'yi içerir. Çoğu tasarımcı, bu içsel motor özelliğini, DC motor seçiminde hiçbir pratik değeri olmayan, yalnızca motor tasarımcısına yararlı olan ezoterik bir değer olarak görmektedir.

Ancak Km, bir DC motor seçiminde yinelemeli sürecin azaltılmasına yardımcı olabilir çünkü belirli bir durumda veya çerçeve boyutundaki motorda genellikle sargıdan bağımsızdır. Km'nin sargıya bağlı olduğu demirsiz DC motorlarda bile (bakır doldurma faktöründeki değişiklikler nedeniyle) seçim sürecinde sağlam bir araç olarak kalır.

Km, bir elektromekanik cihazdaki kayıpları her durumda ele almadığından, minimum Km'nin bu kayıpları gidermek için hesaplanandan daha büyük olması gerekir. Bu yöntem aynı zamanda iyi bir gerçeklik kontrolüdür çünkü kullanıcıyı hem giriş hem de çıkış gücünü hesaplamaya zorlar.

Motor sabiti, bir motorun veya jeneratörün temel elektromekanik yapısını ele alır. Yeterli güce sahip kasa veya çerçeve boyutu belirlendikten sonra uygun sarımın seçilmesi kolaydır.

Motor sabiti Km şu şekilde tanımlanır:

Km = KT/R0,5

Sınırlı güç kullanılabilirliğine ve motor şaftında gerekli olan bilinen bir torka sahip bir DC motor uygulamasında minimum Km ayarlanacaktır.

Belirli bir motor uygulaması için minimum Km şöyle olacaktır:

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Motora gelen güç pozitif olacaktır. PIN, aralarında faz kayması olmadığı varsayılarak basitçe akım ve voltajın ürünüdür.

PIN = VXI

Motordan çıkan güç pozitif olacaktır çünkü mekanik güç sağlar ve sadece dönme hızı ile torkun çarpımıdır.

POUT = ω XT

Bir hareket kontrolü örneği, portal tipi bir tahrik mekanizması içerir. 38 mm çaplı çekirdeksiz DC motor kullanır. Amplifikatörde herhangi bir değişiklik olmadan dönüş hızının iki katına çıkarılmasına karar verilir. Mevcut çalışma noktası 33,9 mN-m (4,8 oz-inç) ve 2.000 rpm'dir (209,44 rad/sn) ve giriş gücü 1 A'da 24 V'tur. Ayrıca motor boyutunda hiçbir artış kabul edilemez.

Yeni çalışma noktası iki kat daha hızlı ve aynı torkta olacaktır. Hızlanma süresi, hareket süresinin ihmal edilebilir bir yüzdesidir ve dönüş hızı kritik parametredir.

Minimum Km'nin hesaplanması

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Km = 33,9 X 10-3 Nm / (24 VX 1A -

418,88 rad/sn X 33,9 X 10-3 Nm) 0,5

Km = 33,9 X 10-3 Nm / (24 W – 14,2 W) 0,5

Km = 10,83 X 10-3 Nm/√W

Tork sabiti ve sargı direncinin toleranslarını hesaba katın. Örneğin, tork sabiti ve sargı direncinin ±%12 toleransı varsa, Km en kötü durumu şöyle olacaktır:

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 Km

veya soğuk sarım ile nominal değerlerin neredeyse %17 altında.

Bakır direnci neredeyse %0,4/°C arttığından sargı ısıtması Km'yi daha da azaltacaktır. Sorunu daha da kötüleştirmek için artan sıcaklıklarla birlikte manyetik alan da zayıflayacak. Kalıcı mıknatıs malzemesine bağlı olarak bu, sıcaklıktaki 100°C'lik bir artış için %20'ye kadar çıkabilir. 100°C mıknatıs sıcaklık artışı için %20 zayıflama ferrit mıknatıslar içindir. Neodimyum-bor-demir %11, samaryum kobalt ise yaklaşık %4 oranında bulunur.

İlginç bir şekilde, aynı mekanik giriş gücü için hedef %88 verimlilik ise minimum Km 1,863 Nm/√W'den 2,406 Nm/√W'ye çıkacaktır. Bu, aynı sarma direncine ancak %29 daha yüksek tork sabitine sahip olmakla eşdeğerdir. İstenilen verimlilik ne kadar yüksek olursa, gereken Km de o kadar yüksek olur.

Motor uygulaması durumunda mevcut maksimum akım ve en kötü durum tork yükü biliniyorsa, kabul edilebilir en düşük tork sabitini şunu kullanarak hesaplayın:

KT = T/I

Yeterli Km'ye sahip bir motor ailesi bulduktan sonra, minimum değeri biraz aşan tork sabitine sahip bir sargı seçin. Daha sonra sarımın tüm tolerans ve uygulama kısıtlamalarında tatmin edici performans gösterip göstermeyeceğini belirlemeye başlayın.

Güce duyarlı motor ve verimliliği zorlayan jeneratör uygulamalarında öncelikle minimum Km'yi belirleyerek motor veya jeneratör seçiminin seçim sürecini hızlandırabileceği açıktır. Bir sonraki adım uygun bir sargı seçmek ve sargı toleransı hususları da dahil olmak üzere tüm uygulama parametrelerinin ve motor/jeneratör sınırlamalarının kabul edilebilir olmasını sağlamak olacaktır.

Üretim toleransları, termal etkiler ve dahili kayıplar nedeniyle her zaman uygulamanın gerektirdiğinden biraz daha büyük bir Km seçilmelidir. Pratik açıdan sonsuz sayıda sarım varyasyonu mevcut olmadığından belirli bir enlem miktarına ihtiyaç vardır. Km ne kadar büyük olursa, belirli bir uygulamanın gereksinimlerini karşılamada o kadar bağışlayıcı olur.

Genel olarak %90'ın üzerindeki pratik verimlilik neredeyse elde edilemeyebilir. Daha büyük motorlar ve jeneratörler daha büyük mekanik kayıplara sahiptir. Bunun nedeni taşıma, rüzgar ve histerezis ve girdap akımları gibi elektromekanik kayıplardır. Fırça tipi motorlarda ayrıca mekanik komütasyon sisteminden kaynaklanan kayıplar vardır. Çekirdeksiz motorlarda popüler olan değerli metal komütasyon durumunda kayıplar, rulman kayıplarından daha az, son derece küçük olabilir.

Bu tasarımın fırçalı versiyonunda demirsiz DC motorlar ve jeneratörlerde neredeyse hiç histerezis ve girdap akımı kaybı yoktur. Fırçasız versiyonlarda bu kayıplar düşük de olsa mevcuttur. Bunun nedeni mıknatısın genellikle manyetik devrenin arka demirine göre dönmesidir. Bu, girdap akımına ve histerezis kayıplarına neden olur. Bununla birlikte, mıknatıs ve arka demirin birlikte hareket ettiği fırçasız DC versiyonları da vardır. Bu durumlarda kayıplar genellikle düşüktür.