I 4 principali tipi di motori elettrici utilizzati nei veicoli elettrici: La mia semplice guida

I veicoli elettrici sono così silenziosi e veloci. Mi sembravano anche molto semplici. Il tipo di motore di un veicolo elettrico è come il cuore dell'auto. Influisce sul modo in cui l'auto si guida, sulla distanza che può percorrere e persino sul suo prezzo. Ho trascorso molte ore a studiare questi motori. Ora voglio raccontarvi quello che ho imparato. Questo articolo illustra i quattro principali tipi di motori elettrici dei veicoli elettrici. Scoprirete le particolarità di ciascuno di essi. Dopo la lettura, capirete molto meglio il vostro veicolo elettrico.

Che cos'è un motore elettrico e perché è importante in un veicolo?

Cominciamo con i fatti semplici. Un motore elettrico è un dispositivo. Utilizza l'elettricità per creare movimento. In un veicolo elettrico, questo movimento è quello che fa girare le ruote. Prende il posto del motore a combustione interna che si trova nelle auto a gas. Un motore elettrico è diverso da un motore a gas. Offre una coppia istantanea. Ciò significa che non appena si preme il pedale, l'auto accelera immediatamente.

Il tipo di motore di un veicolo elettrico è molto importante. Il modo in cui il motore è progettato cambia l'efficienza del veicolo. Cambia anche la sua potenza e il suo peso. Alcuni motori sono molto adatti a fornire molta potenza. Altri motori sono realizzati per essere molto efficienti. Ciò consente all'auto di percorrere una distanza maggiore con una sola carica della batteria. Il tipo di motore scelto influisce sulla sensazione di guida dell'auto. Quando si conoscono i vari tipi di motori elettrici, si capisce perché un veicolo può sembrare così diverso da un altro. Il motore è la parte principale del sistema che fa avanzare l'auto.

I motori CC a spazzole sono ancora utilizzati nei veicoli elettrici?

Molto tempo fa, giocavo con l'elettronica. È stato allora che ho imparato a conoscere il semplice motore CC a spazzole. Si tratta di un tipo di motore elettrico molto antico. Funziona con una parte chiamata spazzola. La spazzola invia energia al rotore, che è la parte che gira. Il rotore ha delle bobine di filo chiamate avvolgimenti. Quando l'elettricità passa attraverso questi avvolgimenti, crea un campo magnetico. Questo campo spinge contro lo statore, che è la parte che non si muove. Questa spinta fa girare il rotore. Una parte chiamata commutatore aiuta il rotore a continuare a girare.

I motori a corrente continua spazzolati sono semplici ed è facile controllarne la velocità. Ma hanno un grosso problema. La spazzola si consuma con il tempo. Ciò significa che è necessario ripararla o sostituirla. Per questo motivo, questi motori CC non sono presenti nei nuovi veicoli elettrici delle grandi case automobilistiche. A volte vengono utilizzati in piccoli progetti EV fatti in casa o in veicoli elettrici molto leggeri perché non sono costosi. Ma per un'auto di dimensioni normali, la loro velocità limitata e la necessità di riparazioni li rendono una scelta sbagliata.

Perché il motore CC senza spazzole è una buona scelta?

Il motore CC senza spazzole (o motore BLDC) è molto meglio di quello con spazzole. Proprio come dice il nome, questo motore non ha spazzole. Utilizza un'elettronica intelligente per cambiare la direzione del campo magnetico nello statore. Questo fa sì che il motore duri più a lungo e consumi meno energia. Ho notato che questi motori sono un'ottima opzione. Richiedono meno interventi di riparazione perché non hanno parti che si usurano facilmente. Il design brushless è una caratteristica importante.

I motori BLDC hanno una buona densità di potenza. Ciò significa che possono generare molta potenza, ma sono comunque piccoli e leggeri. Forniscono una buona potenza di rotazione (coppia) e non sprecano molta energia. Questi motori DC brushless si trovano nei veicoli elettrici più piccoli, come gli scooter, le biciclette elettriche e alcune piccole auto. Le loro caratteristiche li rendono una buona scelta per molti usi. Questi motori bldc sono noti per il loro buon funzionamento e sono un tipo di motore popolare per molte cose.

Come funziona il motore a induzione CA?

Il motore a induzione CA è molto robusto e affidabile. Mi ha stupito sapere che Nikola Tesla ha inventato questo tipo di motore più di un secolo fa. Un motore a induzione è speciale. Non ha un magnete permanente sul rotore. Utilizza invece un campo magnetico rotante nello statore. Questo campo crea una corrente elettrica nel rotore. Questa corrente genera un secondo campo magnetico. Quando i due campi magnetici lavorano insieme, fanno girare il rotore.

Questo tipo di motore è famoso per essere molto resistente e duraturo. È anche economico da produrre. Poiché non utilizza magneti, l'azienda non deve preoccuparsi del prezzo elevato dei materiali speciali. La famosa Tesla Model S utilizzava un motore a induzione al momento della sua uscita. Questi motori a induzione in corrente alternata sono molto robusti e possono generare una grande coppia. Tuttavia, rispetto ad altri tipi di motori, possono sprecare un po' più di energia a bassa velocità. Il design semplice del rotore e dello statore significa che sono fatti per durare a lungo.

Cosa rende i motori sincroni a magneti permanenti così popolari?

Oggi la maggior parte dei nuovi veicoli elettrici è dotata di motori sincroni a magneti permanenti (PMSM). Credo che questa sia la tecnologia migliore per far progredire un veicolo elettrico in questo momento. Questo motore sincrono ha forti magneti permanenti sul rotore. Lo statore crea un campo magnetico rotante. Il magnete permanente del rotore segue questo campo. Gira esattamente alla stessa velocità. Per questo motivo si chiama motore sincrono.

Il motivo principale per cui i PMSM sono così apprezzati è che sono molto efficienti e hanno un'alta densità di potenza. Il rotore ha già un campo magnetico grazie al suo magnete permanente. Pertanto, il motore non ha bisogno di utilizzare altra elettricità per crearne uno. Questo fa sì che il motore sia in grado di risparmiare energia. Ciò significa che il veicolo può percorrere una distanza maggiore. I motori pmsm hanno anche un'incredibile densità di coppia. Ciò conferisce al veicolo ottime prestazioni. Molti veicoli elettrici popolari di marchi come Chevrolet, Hyundai e persino i nuovi modelli Tesla utilizzano motori sincroni a magneti permanenti.

Il motore a riluttanza commutata è un'opzione futura?

Il motore a riluttanza commutata (SRM) è una scelta molto interessante. Lo considero un'opzione meno conosciuta per i veicoli elettrici. Come un motore a induzione, un motore a riluttanza commutata non ha magneti permanenti. Il rotore è un semplice pezzo di acciaio che presenta delle protuberanze, come dei denti. Lo statore ha degli avvolgimenti. Un computer invia piccoli impulsi di elettricità a determinati avvolgimenti nel momento perfetto. In questo modo i denti del rotore si avvicinano alla parte alimentata dello statore. Questa azione fa girare il rotore.

I vantaggi di un SRM sono che è molto economico e costruito in modo robusto. Il rotore non ha avvolgimenti o magneti permanenti, il che lo rende economico e resistente. Tuttavia, presentano alcuni problemi. Gli SRM possono avere un problema di coppia non uniforme. Questo può causare scosse o rumore. Per farli funzionare senza problemi, è necessaria un'elettronica di potenza molto intelligente e complessa. Alcune aziende stanno studiando il motore a riluttanza commutata per le automobili, ma oggi non è comune nei veicoli elettrici a causa del rumore e dei controlli difficili. Il progetto del motore a riluttanza commutata è semplice, ma non lo è il suo controllo.

Come si confrontano i diversi tipi di motori utilizzati nei veicoli elettrici?

È utile osservare i diversi tipi di motori utilizzati uno accanto all'altro. Ogni tipo di motore ha pregi e difetti. Un'azienda automobilistica deve pensare al costo, alle prestazioni e all'efficienza. Deve trovare un buon equilibrio quando sceglie un motore per un nuovo veicolo elettrico. La scelta del tipo di motore è molto importante per il veicolo.

Ecco una semplice tabella per confrontare i quattro principali motori elettrici utilizzati nei veicoli elettrici:

Come si può notare, il motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) offre i migliori risultati in termini di risparmio energetico e di potenza. Ma ha un costo più elevato a causa dei materiali costosi per il magnete permanente. Il motore a induzione in corrente alternata offre un buon mix di prestazioni solide e un prezzo inferiore.

Quale tipo di motore viene utilizzato nei veicoli elettrici più famosi?

È sempre interessante vedere cosa fanno le grandi case automobilistiche. L'analisi dei motori utilizzati nei loro veicoli elettrici ci dice molto sulla tecnologia.

• Tesla Model S/X (primi modelli): Utilizzava principalmente un motore a induzione CA. L'ho trovato interessante perché dimostrava quanto fosse potente e affidabile il motore.
• Tesla Model 3/Y: Utilizza motori sincroni a magneti permanenti (PMSM). Questo cambiamento dimostra che si voleva ottenere la migliore efficienza e la più lunga distanza di guida.
• Chevrolet Bolt EV: Questo popolare veicolo elettrico utilizza un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) perché ha una grande potenza per le sue dimensioni ed è molto efficiente.
• Nissan Leaf: Utilizza anche un motore sincrono.
• Toyota Prius (ibrida): Utilizza una sorta di motore a magneti permanenti per aiutare il motore a gas.
• BMW i3: Anche questo veicolo utilizza un tipo speciale di motore sincrono.

Il modello che vedo è che sempre più aziende utilizzano motori a magneti permanenti (PMSM). Lo fanno perché questi motori hanno prestazioni migliori, soprattutto perché le aziende si sforzano di ottenere la massima distanza di guida possibile dalle loro batterie. La coppia elevata dei PMSM conferisce alle auto una grande velocità fin dall'inizio.

Qual è il miglior tipo di motore per un veicolo elettrico?

Le persone mi fanno spesso questa domanda. La vera risposta è questa: non esiste un unico motore "migliore" per tutto. Il tipo di motore migliore cambia in base all'obiettivo principale dell'auto. Se un'azienda vuole realizzare un veicolo elettrico semplice e poco costoso, potrebbe pensare a un motore a induzione o, in un secondo momento, a un srm. Il costo inferiore di un motore a induzione può rendere più conveniente l'acquisto dell'intero veicolo.

Ma se il progetto è quello di realizzare un'auto che possa percorrere la distanza più lunga e raggiungere la velocità più elevata, i motori sincroni a magneti permanenti (pmsm) sono la scelta migliore in questo momento. L'elevata densità di potenza di un pmsm consente di ottenere più potenza da un motore elettrico più piccolo e leggero. Ciò contribuisce a rendere l'intero veicolo più leggero e a risparmiare energia. Quindi, il motore "migliore" è un equilibrio tra prezzo, funzionamento e risparmio energetico per un determinato veicolo elettrico. I motori utilizzano diversi tipi di tecnologia per far muovere l'auto.

Qual è il futuro dei motori dei veicoli elettrici?

Quando penso al futuro, vedo molte nuove idee interessanti per la tecnologia dei motori elettrici. Il problema principale dei popolari motori a magnete permanente è che necessitano di materiali speciali chiamati metalli delle terre rare per il magnete permanente. Questi materiali possono costare molto. Può anche essere difficile procurarseli. Per questo motivo, molte aziende stanno creando nuovi progetti di motori. Questi progetti utilizzano un numero minore di magneti, o non ne utilizzano affatto. Ma cercano comunque di mantenere l'alta efficienza e l'elevata potenza di un PMSM.

Potremmo anche vedere versioni migliori del motore a riluttanza commutata (srm). Potrebbero avere sistemi di controllo migliori per renderli più silenziosi e fluidi. Potremmo anche vedere nuovi tipi di motori sincroni che non necessitano di costosi magneti per funzionare. L'obiettivo principale non cambia mai. È quello di rendere il motore elettrico più piccolo, meno pesante, meno costoso e in grado di risparmiare energia. Con il miglioramento delle batterie, anche i motori miglioreranno. Questo renderà i veicoli elettrici del futuro ancora migliori di quelli che guidiamo ora. I motori sono una parte molto importante di questo cambiamento.

Punti chiave da ricordare

• Il motore elettrico è il cuore di un veicolo elettrico. Utilizza l'elettricità per creare il movimento e decide come l'auto si sente alla guida.
• I motori elettrici utilizzati sono di quattro tipi principali: DC senza spazzole (BLDC), induzione AC, sincrono a magneti permanenti (PMSM) e a riluttanza commutata (SRM).
• Motori CC spazzolati sono un vecchio tipo di tecnologia. Non sono utilizzate nelle nuove auto elettriche che si possono acquistare oggi.
• Motori a induzione CA sono resistenti, affidabili e non costano molto. Tesla era famoso per il suo utilizzo.
• Motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) sono la scelta più comune al momento. Sono i migliori per quanto riguarda il risparmio energetico e la potenza per le loro dimensioni. In questo modo l'auto ha una maggiore autonomia di guida e migliori prestazioni.
• Il motore "migliore" è diverso per ogni auto. Si tratta di un equilibrio tra il prezzo, le prestazioni e il risparmio energetico.