Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Llevo años trabajando con tecnología de vehículos eléctricos y he visto muchas ideas nuevas que prometen mejorarlos. Pero he aprendido que las mayores mejoras suelen venir de partes en las que la gente no piensa. A menudo hablamos de grandes baterías y software inteligente, pero el verdadero secreto de un mejor motor eléctrico y un potente sistema de frenado regenerativo está en el núcleo del motor: el motor. laminados de motor. Estas finas láminas de acero son los ayudantes ocultos que mejoran enormemente la recuperación de energía de su VE. Este artículo le mostrará cómo funcionan estas piezas, por qué son tan importantes para recuperar energía y cómo le ayudan a conducir más lejos y a ser más respetuoso con el medio ambiente.
Por lo que he visto, muchos conductores, incluso propietarios de VE, no entienden realmente lo genial que es el frenado regenerativo. En pocas palabras, se trata de un sistema inteligente que recupera la energía en movimiento del coche cuando reduces la velocidad. En un coche de gasolina normal, cuando se pisa el pedal del freno, los frenos de fricción generan calor para frenar el coche, y toda esa energía se desperdicia en el aire. Es un enorme desperdicio. Sin embargo, un sistema de frenado regenerativo hace algo inteligente. Hace que el motor eléctrico funcione a la inversa, convirtiéndolo en un generador.
Este proceso transforma la energía en movimiento del coche en electricidad, que vuelve a la batería. Piénsalo: la misma fuerza que empujaba el coche hacia delante se utiliza ahora para cargar su fuente de energía. Recuperar esta energía funciona mejor cuando se arranca y se para mucho, como cuando se conduce en ciudad. El resultado es un coche que consume menos energía, puede conducir más lejos y aprovecha mejor la energía que se perdería. Es una de las principales razones por las que los vehículos eléctricos modernos son ecológicos.
A menudo me preguntan por qué los motores eléctricos no son una sola pieza de metal. Parece más fácil, ¿verdad? Pero con imanes y electricidad, "fácil" no suele ser "bueno". Si el núcleo del motor fuera una pieza sólida de metal, los campos magnéticos que cambian rápidamente en su interior crearían muchas corrientes eléctricas no deseadas. Son las llamadas corrientes de Foucault.
Un núcleo sólido dejaría que estas corrientes fluyeran en grandes círculos, lo que genera mucho calor y desperdicia mucha energía. Este calor no sólo hace que el motor funcione mal, sino que puede hacer que se sobrecaliente. Esto podría dañarlo y hacer que se desgastara mucho más rápido. Además, este problema perjudicaría gravemente la capacidad del motor para funcionar como generador durante el frenado regenerativo. La mayor parte de la energía cinética capturada se convertiría directamente en calor en lugar de electricidad para la batería. El uso de un núcleo sólido haría que todo el sistema de frenado funcionara mucho peor.
Aquí es donde entra en juego la inteligente idea de las láminas de motor. En lugar de ser una pieza sólida, el núcleo de un motor eléctrico -tanto la parte que permanece quieta (estator) como la que gira (rotor)- está formado por una pila de láminas metálicas muy finas. Suelen denominarse láminas de acero. Cada lámina fina está separada de la siguiente, normalmente con una fina capa de barniz o una capa de óxido.
Al cortar el núcleo en estas capas separadas, las trayectorias de las corrientes parásitas se rompen en trozos mucho más pequeños. Las corrientes ya no pueden fluir en grandes círculos que desperdician energía. Este diseño sencillo pero inteligente reduce en gran medida la pérdida de energía. Esto hace que el motor funcione mejor cuando se acelera, y también mejora enormemente su rendimiento durante el frenado regenerativo. Un motor que funciona mejor puede convertir más energía cinética del coche en electricidad. Esto devuelve más energía a la batería y hace que todo el sistema de frenado regenerativo haga mejor su trabajo.
Veamos un poco más de cerca a estos malos invisibles. Las corrientes de Foucault son círculos de electricidad que se crean en el interior de un objeto metálico cuando éste se encuentra en un campo magnético cambiante. En un motor eléctrico, los campos magnéticos cambian constantemente para crear el giro, por lo que las corrientes de Foucault son un resultado inevitable. Estas corrientes crean sus propios campos magnéticos que empujan contra el campo original que las creó. Esto significa que el motor está básicamente luchando contra sí mismo.
Esta lucha interna causa dos grandes problemas. En primer lugar, es un desperdicio directo de energía, lo que hace que la eficiencia general del motor sea menor. En lugar de ayudar a crear el par que mueve tu vehículo, esta energía se desperdicia. En segundo lugar, esta energía desperdiciada se manifiesta en forma de calor. Demasiado calor puede romper el aislamiento del motor, debilitar sus imanes permanentes y, finalmente, provocar la rotura de piezas. Durante el frenado regenerativo, estas pérdidas significan que menos energía cinética se transforma en electricidad y se almacena en la batería. Al reducir las corrientes parásitas, las laminaciones ayudan a que el motor funcione más frío y con mayor eficiencia, haciendo que el proceso de regeneración sea mucho más útil.
El cambio de motor a generador es la clave del frenado regenerativo. Cuando levantas el pie del acelerador o pisas el pedal del freno en un VE, el controlador cambia la forma en que fluye la electricidad. El movimiento de avance del coche hace girar el rotor dentro del motor. A medida que el rotor gira a través del campo magnético del estator, crea una tensión en los bobinados del motor: así funciona un generador.
Las láminas son fundamentales porque garantizan que este proceso funcione lo mejor posible. Al detener las corrientes de Foucault y otras pérdidas magnéticas (como la histéresis) que hacen perder energía, las láminas de acero permiten que el motor transforme la mayor cantidad posible de energía cinética del vehículo en energía eléctrica. Un motor con un núcleo mal fabricado perdería gran parte de esta energía en forma de calor antes de llegar a la batería. Por eso, la alta eficiencia que se obtiene de las laminaciones es lo que hace posible un sistema de frenado regenerativo potente. Ayuda directamente a recuperar la energía que hace que la autonomía sea mayor.
Sí, sin duda. La elección del material de las láminas del motor es una decisión muy importante para los ingenieros que afecta directamente al rendimiento. Aunque la mayoría de los motores normales utilizan acero al silicio, la necesidad de mejorar el rendimiento en los vehículos eléctricos ha hecho que las empresas busquen mezclas de metales más especiales.
He aquí algunos materiales comunes y su función:
| Material | Puntos positivos clave | Dónde se utiliza |
|---|---|---|
| Acero al silicio | Bueno con imanes, no demasiado caro, dura mucho tiempo. | La mayoría de los motores de VE normales. |
| Aleaciones de cobalto-hierro | Maneja fuertes campos magnéticos, muy fuerte, ideal para trabajos de alto par. | Vehículos eléctricos de alto rendimiento, grandes camiones y aviones. |
| Aleaciones de níquel-hierro | Funciona bien con campos magnéticos débiles, muy baja pérdida de energía. | Piezas especiales del motor. |
| Metales amorfos | Pérdida de energía extremadamente baja, funciona muy bien a altas velocidades. | Transformadores de alta eficiencia y nuevos diseños de motores. |
El grosor del laminado también es muy importante. Los motores de fábrica pueden utilizar laminados de 0,35 mm a 0,5 mm de grosor. Pero los motores de alto rendimiento para vehículos eléctricos utilizan ahora láminas mucho más finas, de 0,2 mm o incluso menos. Las láminas más finas reducen mejor las pérdidas por corrientes de Foucault, sobre todo en motores de alta velocidad. Esto permite a los ingenieros mejorar el motor, con más potencia en un tamaño más pequeño, y aumentar aún más la eficiencia.
La relación es clara y muy importante. Al reducir la pérdida de energía por las corrientes de Foucault y la histéresis, las laminaciones mejoran la eficiencia global del motor. Un motor que funciona bien necesita menos electricidad de la batería para crear una determinada cantidad de par. Esto se traduce en una mejor aceleración y una mayor autonomía del VE. Este beneficio funciona en ambos sentidos.
Durante el frenado regenerativo, el proceso se invierte. Un motor que funcione muy bien, gracias a sus grandes laminaciones, puede transformar más energía cinética del vehículo en par de frenado y luego en energía eléctrica almacenada. Las laminaciones hechas de materiales que funcionan bien con imanes permiten al motor crear un campo magnético más fuerte. Esto aumenta el par que puede producir sin hacerlo más pesado. La relación par-peso es mejor, lo que permite diseñar motores más pequeños y potentes, necesarios para los vehículos eléctricos modernos. En otras palabras, un diseño de laminación adecuado ayuda a que tanto la conducción como el frenado funcionen mejor.
Mientras que las láminas son las partes físicas efectivas, los avanzados sistemas de control son la parte inteligente de la operación. El controlador de frenos del vehículo vigila en todo momento aspectos como la velocidad de las ruedas, el nivel de carga de la batería y la fuerza con la que el conductor pisa el pedal del freno. A continuación, utiliza un programa inteligente para decidir la mejor combinación entre el frenado regenerativo y los frenos de fricción normales.
El objetivo es recuperar la mayor cantidad de energía sin que el coche se vuelva inseguro o inestable. Por ejemplo, el controlador reducirá la regeneración si la batería ya está llena o si detecta que una rueda está derrapando, lo que podría hacerte perder el control. Los sistemas modernos utilizan programas que adivinan lo que ocurrirá para ver las condiciones de conducción con antelación y cambiar la estrategia de frenado según sea necesario. Este control inteligente se asegura de que el motor de alta eficiencia, con sus avanzadas laminaciones, se utilice al máximo. Mezcla suavemente el frenado regenerativo y por fricción para crear una experiencia de conducción suave, segura y muy eficiente.
La atención prestada a piezas como las láminas de los motores demuestra que la industria de los vehículos eléctricos está creciendo. A medida que nos esforzamos por mejorar las baterías, también encontramos grandes mejoras al mejorar y perfeccionar cada pieza del tren motriz. Para los vehículos híbridos, enchufables y totalmente eléctricos, es muy importante mejorar el motor eléctrico y el sistema de frenado regenerativo.
Las láminas de acero de alta calidad conducen directamente a:
Creo que el futuro del desarrollo de vehículos eléctricos e híbridos se centrará aún más en estas piezas básicas. Las nuevas ideas en materiales como los metales amorfos, junto con mejores formas de fabricarlos, seguirán haciendo más eficientes los motores y mejores los sistemas de recuperación de energía.
Recuperar la máxima energía es un problema de todo el sistema que necesita que las partes físicas y el software funcionen juntos a la perfección. Por lo que he visto, el plan se reduce a unas cuantas cosas clave. En primer lugar, el diseño del propio motor: utilizar un motor síncrono o de inducción de CA construido con láminas de acero finas y de alta calidad es un paso básico e importante para crear un generador de alta eficiencia. La elección del tipo de imán, como un imán permanente, y la configuración de los devanados también desempeñan un papel importante.
En segundo lugar, la estrategia de frenado debe controlarse de forma inteligente. El sistema tiene que cambiar la fuerza de frenado sobre la marcha entre el motor eléctrico y los frenos de fricción para capturar la mayor energía de frenado posible en todas las situaciones. Esto requiere programas de control inteligentes que tengan en cuenta la velocidad del vehículo, el estado de la batería e incluso el comportamiento del conductor. Por último, la forma en que una persona conduce puede afectar al resultado. Conducir con suavidad y prever las paradas con antelación permite que el sistema de frenado regenerativo funcione más a menudo y mejor que frenar rápido y fuerte, que utiliza más los frenos de fricción.
Para terminar, repasemos las cosas más importantes que he aprendido sobre este tema a lo largo de los años:
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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