Os entusiastas de automóveis sempre foram fanáticos por motores, mas a eletrificação é imparável e as reservas de conhecimento de algumas pessoas podem precisar 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 atuam 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 a 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, então 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