Os entusiastas dos automóveis sempre foram fanáticos por motores, mas a eletrificação é imparável e as reservas de conhecimento de algumas pessoas poderão ter de ser atualizadas.
O mais conhecido hoje é o motor de ciclo de quatro tempos, que também é a fonte de energia para a maioria dos veículos movidos a gasolina.Semelhante aos motores de quatro tempos, dois tempos e rotor Wankel dos motores de combustão interna, os motores dos veículos elétricos podem ser divididos em motores síncronos e motores assíncronos de acordo com a diferença nos rotores.Os motores assíncronos também são chamados de motores de indução, enquanto os motores síncronos contêm ímãs permanentes.e corrente para excitar o motor.
Estator e Rotor
Todos os tipos de motores de veículos elétricos consistem em duas partes principais: um estator e um rotor.
Estator▼
O estator é a parte do motor que permanece estacionária e é a carcaça fixa do motor, montada no chassi como o bloco do motor.O rotor é a única parte móvel do motor, semelhante ao virabrequim, que envia torque através da transmissão e do diferencial.
O estator é composto de três partes: núcleo do estator, enrolamento do estator e estrutura.As muitas ranhuras paralelas no corpo do estator são preenchidas com enrolamentos de cobre interconectados.
Esses enrolamentos contêm inserções de cobre em forma de gancho que aumentam a densidade de preenchimento da ranhura e o contato direto fio a fio.Enrolamentos densos aumentam a capacidade de torque, enquanto as extremidades são escalonadas de maneira mais organizada, reduzindo o volume para um pacote geral menor.
Estator e rotor▼
A principal função do estator é gerar um campo magnético rotativo (RMF), enquanto a função principal do rotor é ser cortada pelas linhas de força magnética no campo magnético rotativo para gerar corrente (de saída).
O motor utiliza corrente alternada trifásica para definir o campo rotativo, e sua frequência e potência são controladas pela eletrônica de potência que responde ao acelerador.As baterias são dispositivos de corrente contínua (CC), portanto, a eletrônica de potência do veículo elétrico inclui um inversor CC-CA que fornece ao estator a corrente CA necessária para criar o importante campo magnético giratório variável.
Mas vale ressaltar que esses motores também são geradores, ou seja, as rodas trarão o rotor dentro do estator, induzindo um campo magnético giratório na outra direção, enviando energia de volta para a bateria por meio de um conversor AC-DC.
Este processo, conhecido como frenagem regenerativa, cria arrasto e desacelera o veículo.A regeneração está no cerne não só do alargamento da autonomia dos veículos eléctricos, mas também dos híbridos altamente eficientes, uma vez que a regeneração extensiva melhora a economia de combustível.Mas no mundo real, a regeneração não é tão eficiente quanto “rolar o carro”, o que evita a perda de energia.
A maioria dos EVs depende de uma transmissão de velocidade única para desacelerar o giro entre o motor e as rodas.Assim como os motores de combustão interna, os motores elétricos são mais eficientes em baixas rotações e altas cargas.
Embora um EV possa obter um alcance decente com uma única marcha, picapes e SUVs mais pesados usam transmissões de múltiplas velocidades para aumentar o alcance em altas velocidades.
EVs multi-marcha são incomuns e hoje, apenas o Audi e-tron GT e o Porsche Taycan usam transmissões de duas velocidades.
Três tipos de motores
Nascido no século XIX, o rotor do motor de indução consiste em camadas longitudinais ou tiras de material condutor, mais comumente cobre e às vezes alumínio.O campo magnético rotativo do estator induz uma corrente nessas folhas, que por sua vez cria um campo eletromagnético (EMF) que começa a girar dentro do campo magnético rotativo do estator.
Os motores de indução são chamados de motores assíncronos porque o campo eletromagnético induzido e o torque rotacional só podem ser gerados quando a velocidade do rotor está atrasada em relação ao campo magnético rotativo.Esses tipos de motores são comuns porque não requerem ímãs de terras raras e são relativamente baratos de fabricar.Mas eles são menos capazes de dissipar o calor em cargas elevadas sustentadas e são inerentemente menos eficientes em baixas velocidades.
Motor de ímã permanente, como o nome sugere, seu rotor possui magnetismo próprio e não necessita de energia para criar o campo magnético do rotor.Eles são mais eficientes em baixas velocidades.Esse rotor também gira em sincronia com o campo magnético rotativo do estator, por isso é chamado de motor síncrono.
No entanto, simplesmente envolver o rotor com ímãs tem seus próprios problemas.Primeiro, isso requer ímãs maiores e, com o peso adicional, pode ser difícil manter a sincronia em altas velocidades.Mas o maior problema é o chamado “back EMF” de alta velocidade, que aumenta o arrasto, limita a potência máxima e gera excesso de calor que pode danificar os ímãs.
Para resolver esse problema, a maioria dos motores de ímã permanente de veículos elétricos possuem ímãs permanentes internos (IPMs) que deslizam aos pares em ranhuras longitudinais em forma de V, dispostas em múltiplos lóbulos sob a superfície do núcleo de ferro do rotor.
A ranhura em V mantém os ímãs permanentes seguros em altas velocidades, mas cria um torque de relutância entre os ímãs.Os ímãs são atraídos ou repelidos por outros ímãs, mas a relutância comum atrai os lóbulos do rotor de ferro para o campo magnético giratório.
Os ímãs permanentes entram em ação em baixas velocidades, enquanto o torque de relutância assume o controle em altas velocidades.Prius é usado nesta estrutura.
O último tipo de motor excitado por corrente só apareceu recentemente em veículos elétricos.Ambos os itens acima são motores sem escova.A sabedoria convencional afirma que os motores sem escovas são a única opção viável para veículos elétricos.E a BMW recentemente foi contra a norma e instalou motores síncronos CA excitados por corrente escovada nos novos modelos i4 e iX.
O rotor deste tipo de motor interage com o campo magnético rotativo do estator, exatamente como um rotor de ímã permanente, mas em vez de possuir ímãs permanentes, utiliza seis lóbulos largos de cobre que utilizam energia de uma bateria DC para criar o campo eletromagnético necessário. .
Isso requer a instalação de anéis coletores e escovas de mola no eixo do rotor, por isso algumas pessoas temem que as escovas se desgastem e acumulem poeira e abandonem esse método.Embora o conjunto de escovas esteja fechado em um invólucro separado com uma tampa removível, resta saber se o desgaste das escovas é um problema.
A ausência de ímanes permanentes evita o aumento do custo das terras raras e o impacto ambiental da mineração.Esta solução também permite variar a intensidade do campo magnético do rotor, permitindo assim uma maior otimização.Mesmo assim, alimentar o rotor ainda consome alguma energia, o que torna esses motores menos eficientes, principalmente em baixas velocidades, onde a energia necessária para criar o campo magnético representa uma proporção maior do consumo total.
Na curta história dos veículos elétricos, os motores síncronos CA excitados por corrente são relativamente novos e ainda há muito espaço para o desenvolvimento de novas ideias, e houve grandes pontos de inflexão, como a mudança de Tesla de conceitos de motor de indução para permanente motor síncrono magnético.E estamos há menos de uma década na era do EV moderno e estamos apenas começando.
Horário da postagem: 21 de janeiro de 2023