モーター定数は、モーションコントロール用途におけるDCモーターの選定に役立ちます。ブラシ付きDCモーターとブラシレスDCモーターは、電力効率が重視される用途や、効率性を強く求める用途に適しています。

多くの場合、直流モーターや発電機のデータシートには、トルク感度を巻線抵抗の平方根で割った値であるモーター定数Kmが記載されています。ほとんどの設計者は、このモーター固有の特性を、モーター設計者だけが役立つ難解な性能指標とみなしており、直流モーターの選定において実用的な価値はないと考えています。

しかし、Kmは一般的に特定のケースやフレームサイズのモーターにおいて巻線に依存しないため、DCモーターの選定における反復作業を減らすのに役立ちます。鉄心レスDCモーターの場合、Kmは巻線に依存しますが（銅充填率の変動による）、それでも選定プロセスにおいて確かなツールとなります。

Kmはあらゆる状況下で電気機械装置の損失を考慮しているわけではないため、損失を考慮するには、計算されたKmよりも小さいKm値が必要となります。この方法は、入力電力と出力電力の両方を計算させるため、現実的な検証方法としても有効です。

モーター定数は、モーターまたは発電機の基本的な電気機械的性質を表します。適切な巻線を選択するには、十分な出力を持つケースまたはフレームサイズを決定する必要があります。

モーター定数Kmは次のように定義されます。

Km = KT/R0.5

利用可能な電力が限られており、モーターシャフトで必要なトルクが既知である直流モーターアプリケーションでは、最小Kmが設定されます。

特定のモーター用途における最小走行距離（Km）は以下のとおりです。

Km = T / (PIN – POUT)0.5

モーターへの入力電力は正の値になります。PINは、電流と電圧の間に位相差がないと仮定した場合、電流と電圧の積になります。

PIN = VXI

モーターの出力は、機械的な動力を供給するものであり、回転速度とトルクの積であるため、正の値になります。

POUT = ω XT

モーションコントロールの一例として、ガントリー型駆動機構が挙げられます。この機構は、直径38mmのコアレスDCモータを使用しています。アンプを変更せずに旋回速度を2倍にすることが決定されました。現在の動作点は、トルク33.9mN-m（4.8oz-in.）、回転数2,000rpm（209.44rad/sec）で、入力電力は24V、1Aです。さらに、モータサイズを大きくすることは認められません。

新しい動作点は、速度が2倍でトルクは同じとなる。加速時間は移動時間のごくわずかな割合であり、旋回速度が重要なパラメータとなる。

最小Kmを計算する

Km = T / (PIN – POUT)0.5

Km = 33.9 X 10-3 Nm / (24 VX 1A -

418.88 rad/sec × 33.9 × 10⁻³ Nm) 0.5

Km = 33.9 × 10⁻³ Nm / (24 W – 14.2 W) 0.5

Km = 10.83 × 10⁻³ Nm/√W

トルク定数と巻線抵抗の許容誤差を考慮してください。例えば、トルク定数と巻線抵抗の許容誤差が±12%の場合、Kmの最悪ケースは次のようになります。

KMWC = 0.88 KT/√(RX 1.12) = 0.832 Km

または、冷間巻線の場合、公称値より約17%低い値となる。

巻線の加熱は、銅の抵抗率が約 0.4%/℃上昇するため、Km をさらに低下させます。さらに問題を悪化させるのは、温度上昇に伴って磁場が減衰することです。永久磁石の材料によっては、100℃の温度上昇で最大 20% も減衰する可能性があります。100℃の磁石温度上昇で 20% の減衰はフェライト磁石の場合です。ネオジム・ホウ素・鉄磁石では 11%、サマリウム・コバルト磁石では約 4% です。

興味深いことに、同じ機械的入力電力で、目標効率を88%とした場合、最小Km値は1.863 Nm/√Wから2.406 Nm/√Wに上昇します。これは、巻線抵抗は同じでもトルク定数が29%増加することに相当します。つまり、求める効率が高くなるほど、必要なKm値も高くなります。

モーターアプリケーションの場合、利用可能な最大電流と最悪の場合のトルク負荷がわかっている場合は、次の式を使用して許容可能な最小トルク定数を計算します。

KT = T/I

十分なKm値を持つモータファミリーを見つけたら、トルク定数が最小値をわずかに上回る巻線を選択します。次に、許容誤差や使用条件の制約をすべて考慮した上で、その巻線が満足のいく性能を発揮するかどうかを判断します。

明らかに、電力に敏感なモーターや効率が求められる発電機の用途において、まず最小Kmを決定することで、モーターまたは発電機の選定プロセスを迅速化できます。次のステップは、適切な巻線を選定し、巻線許容誤差を含め、すべての用途パラメータとモーター／発電機の制限が許容範囲内であることを確認することです。

製造公差、熱影響、内部損失などを考慮すると、常に用途の要求値よりもやや大きめのKm値を選択すべきです。実用的な観点から言えば、巻線のバリエーションは無限にあるわけではないため、ある程度の余裕が必要です。Km値が大きいほど、特定の用途の要求を満たす上での許容範囲が広くなります。

一般的に、90%を超える実用効率は事実上達成不可能である。大型のモーターや発電機は、機械的損失が大きい。これは、ベアリング損失、風損、ヒステリシス損失や渦電流損失などの電気機械的損失によるものである。ブラシ付きモーターは、機械式整流システムによる損失も発生する。コアレスモーターでよく用いられる貴金属整流の場合、損失は極めて小さく、ベアリング損失よりも小さくなる。

鉄心レスDCモーターおよび発電機は、ブラシ付きタイプの場合、ヒステリシス損失と渦電流損失がほとんどありません。ブラシレスタイプでは、これらの損失は低いものの存在します。これは、通常、磁石が磁気回路のバックアイアンに対して回転するためです。これにより、渦電流損失とヒステリシス損失が発生します。ただし、磁石とバックアイアンが連動して動くブラシレスDCタイプも存在します。このような場合、損失は通常低くなります。