Motores eléctricos en automoción y sus principales características

Seleccionar el motor o motores a emplear en un coche eléctrico depende fundamentalmente de la masa del vehículo y de la aceleración que se quiera conseguir. Algunas de las características que deben cumplir estos motores (tanto para BEV como para PHEV), son las siguientes:

  • Facilidad de control
  • Tolerancia a fallos
  • Alta eficiencia 
  • Alta potencia a alta velocidad
  • Alta densidad de potencia
  • Elevado par a baja velocidad
  • Pico máximo de par de 2 a 3 veces el ratio continuo de par entregado
  • Zona de operación constante extendida
  • Bajo nivel de ruido y baja interferencia electromagnética (EMI)

El diseño del motor eléctrico debería estar optimizado para que la energía cinética del vehículo genere la máxima cantidad de energía posible durante las fases de regeneración y para que la energía almacenada en la batería pueda ser entregada a las ruedas lo más eficientemente posible.

Los motores eléctricos empleados en los coches suelen diferir bastante de los motores empleados en el ámbito industrial, ya que deben conseguir (entre otras) entregar una aceleración determinada. Los motores eléctricos industriales suelen estar optimizados para unas condiciones específicas de funcionamiento, con unas condiciones dinámicas mucho más reducidas.

Un motor eléctrico DC clásico es el motor brushed (con escobillas). Este motor tiene un estator (parte fija) y un rotor (parte móvil) que cuenta con una bobina eléctrica. Cuando dicha bobina se conecta a la batería, que produce una corriente eléctrica continua, genera un campo magnético que hace girar el rotor hasta que sus polos se encuentren con los polos opuestos del estator (positivo del rotor junto a negativo del estator y negativo del rotor junto a positivo del estator). Para mantener este movimiento, la polaridad de la bobina se va alternando.

En la actualidad, existen tres tipos de motores eléctricos empleados en automoción que cumplen con todos los requisitos: los motores de inducción, los motores de imanes permanentes y los motores síncronos de reluctancia.

Motor de inducción

Se trata de un motor que funciona con corriente alterna (AC) y que no necesita imanes permanentes. El campo magnético se genera por la corriente eléctrica que atraviesa el bobinado del estator. Cuando conectamos el estator a una corriente alterna, el campo magnético también será alterno. Si dicha corriente alterna es trifásica, se produce un campo magnético rotativo (Rotatic Magnetic Field, RMF).

El campo magnético del estator inducirá un voltaje y una corriente en el devanado del rotor, fenómeno físico que le otorga el nombre. Como consecuencia, el rotor generará su propio campo magnético, que hará girar el rotor hasta que se alinee con el campo magnético del estator. 

Ventajas del motor de inducción: es simple, no necesita mecanismo de arranque ni sensor de posición y es fácil de controlarse.

Inconvenientes: la corriente inducida genera pérdidas y calor, además de no ser un motor muy ligero y compacto.

Motor de imanes permanentes

Si construimos un rotor con imanes permanentes, la necesidad de inducir un campo magnético desaparece, eliminando también las pérdidas en el rotor. Como resultado, estos motores son los más pequeños y compactos que se pueden adquirir. El rotor, al estar permanentemente magnetizado, siempre está sincronizado con el campo magnético rotativo. Estos motores a menudo se conocen como motores síncronos.

Ventajas de los motores de imanes permanentes: pequeños, ligeros, muy silenciosos y eficientes a bajas rpm.

Inconvenientes: los imanes permanentes tienen un alto coste, un alto impacto medioambiental y con el tiempo pueden desmagnetizarse. Además necesitan sensor de posición, mecanismo de arranque y controladores electrónicos.

Motores síncronos de reluctancia

Recientemente desarrollado, parece tener lo mejor de los dos modelos anteriormente mencionados. Tiene un rotor que contiene metal, formado de tal manera que se alinea por si mismo con el campo magnético que le rodea. Por lo tanto, no necesita producir su propia corriente mediante inducción, por lo que no hay pérdidas. Por sus características constructivas, prescinde también de los imanes permanentes. Este tipo de motores se encuentran presentes en el Tesla Model 3.

Ventajas de los motores síncronos de reluctancia: par comparable al entregado por los motores de imanes permanentes, muy eficientes a altas velocidades y costes reducidos de producción.

Inconvenientes: baja eficiencia a bajas rpm, ruido inherente y ondulación del par entregado (corregido por controladores electrónicos).

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Fuente | Delft University of Technology

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