Motor sabiti, hareket kontrol uygulamalarında DC motorların seçilmesine yardımcı olur. Fırçalı ve fırçasız DC motorlar, güç hassasiyeti olan veya verimlilik gerektiren uygulamalarda iyi bir seçimdir.

Çoğu zaman, bir DC motor veya jeneratör veri sayfasında, tork hassasiyetinin sargı direncinin kareköküne bölünmesiyle elde edilen motor sabiti Km bulunur. Çoğu tasarımcı, bu içsel motor özelliğini, DC motor seçiminde pratik bir değeri olmayan, yalnızca motor tasarımcısına faydalı, ezoterik bir değer göstergesi olarak görür.

Ancak Km, belirli bir durumda veya gövde boyutundaki motorda genellikle sargıdan bağımsız olduğu için, DC motor seçiminde yinelemeli süreci azaltmaya yardımcı olabilir. Km'nin sargıya bağlı olduğu (bakır dolgu faktöründeki değişiklikler nedeniyle) demirsiz DC motorlarda bile, seçim sürecinde sağlam bir araç olmaya devam etmektedir.

Km, bir elektromekanik cihazdaki kayıpları her koşulda ele almadığından, bu kayıpları ele almak için minimum Km değerinin 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 motor veya jeneratörün temel elektromekanik yapısını ele alır. Uygun bir sargı seçmek, yeterli güçte bir kasa veya gövde boyutu belirlendikten sonra basittir.

Motor sabiti Km şu şekilde tanımlanır:

Km = KT/R0,5

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

Belirli bir motor uygulaması için minimum Km şu şekilde olacaktır:

Km = T / (PİN – POUT)0,5

Motora gelen güç pozitif olacaktır. PIN, akım ve voltajın çarpımıdır (aralarında faz kayması olmadığı varsayılır).

PIN = VXI

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

POUT = ω XT

Hareket kontrol örneği, portal tipi bir tahrik mekanizmasını içerir. 38 mm çapında, çekirdeksiz bir DC motor kullanır. Amplifikatörde herhangi bir değişiklik yapılmadan dönüş hızının iki katına çıkarılmasına karar verilir. Mevcut çalışma noktası 33,9 mN-m (4,8 oz-inç) ve 2.000 rpm (209,44 rad/sn) olup, giriş gücü 1 A'da 24 V'tur. Ayrıca, motor boyutunda herhangi bir 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 / (PİN – 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 direnci ±%12 toleransa sahipse, en kötü durum Km değeri şu şekilde olacaktır:

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 Km

veya soğuk sargı ile nominal değerlerin yaklaşık %17 altında.

Bakır özdirenci yaklaşık %0,4/°C arttığından, sargı ısınması Km değerini daha da azaltacaktır. Sorunu daha da kötüleştiren bir diğer husus ise, manyetik alanın artan sıcaklıklarla birlikte zayıflamasıdır. Kalıcı mıknatıs malzemesine bağlı olarak, bu, 100°C'lik bir sıcaklık artışı için %20'ye kadar çıkabilir. 100°C'lik mıknatıs sıcaklık artışı için %20'lik zayıflama ferrit mıknatıslar içindir. Neodimyum-bor-demirde %11, samaryum-kobaltta ise yaklaşık %4'tür.

İlginçtir ki, aynı mekanik giriş gücü için, hedef %88 verimlilik ise, minimum Km değeri 1,863 Nm/√W'dan 2,406 Nm/√W'a çıkacaktır. Bu, aynı sargı direncine sahip olmak ancak %29 daha yüksek bir tork sabitine sahip olmak anlamına gelir. İstenen verimlilik ne kadar yüksekse, gereken Km değeri de o kadar yüksek olur.

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

KT = T/I

Yeterli Km değerine sahip bir motor ailesi bulduktan sonra, tork sabiti minimum değeri biraz aşan bir sargı seçin. Ardından, sargının tüm tolerans ve uygulama kısıtlamalarında tatmin edici bir performans gösterip göstermeyeceğini belirlemeye başlayın.

Açıkçası, güç hassasiyeti yüksek motor ve verim açısından zorlu jeneratör uygulamalarında minimum Km değerini belirleyerek motor veya jeneratör seçmek, seçim sürecini hızlandırabilir. Bir sonraki adım, uygun bir sargı seçmek ve sargı toleransı hususları da dahil olmak üzere tüm uygulama parametrelerinin ve motor/jeneratör sınırlamalarının kabul edilebilir olduğundan emin olmaktır.

Üretim toleransları, termal etkiler ve iç kayıplar nedeniyle, her zaman uygulamanın gerektirdiğinden biraz daha büyük bir Km seçilmelidir. Pratik açıdan sonsuz sayıda sargı çeşidi mevcut olmadığından, belirli bir esneklik gereklidir. Km ne kadar büyükse, belirli bir uygulamanın gereksinimlerini karşılamada o kadar esnektir.

Genel olarak, %90'ın üzerinde pratik verimlilik neredeyse elde edilemez olabilir. Daha büyük motor ve jeneratörlerin mekanik kayıpları daha yüksektir. Bu, yatak, rüzgar ve histerezis ve girdap akımları gibi elektromekanik kayıplardan kaynaklanır. Fırça tipi motorlarda da mekanik komütasyon sisteminden kaynaklanan kayıplar vardır. Çekirdeksiz motorlarda yaygın olan değerli metal komütasyonunda, kayıplar yatak kayıplarından çok daha düşük olabilir.

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