Tipologie di motori utilizzati nei veicoli elettrici e tendenze future • EVreporter

Il motore è la fonte di energia per un veicolo elettrico. Determina la velocità massima, l'accelerazione, la capacità di superare le pendenze, il consumo energetico e le prestazioni del veicolo. In questo articolo,Gurusharan Dhillon (Direttore eMobility presso Customized Energy Solutions)spiega le caratteristiche e i principali componenti dei diversi tipi di motori utilizzati nei veicoli elettrici.

Tre punti importanti da considerare quando si finalizza la scelta del motore elettrico sono:

Il peso del veicolo, il sovraccarico e l'aerodinamica aiutano a determinare i requisiti di velocità, coppia e potenza del motore elettrico.

La considerazione del ciclo di guida di vari fattori come la densità del traffico, il terreno, la temperatura, ecc., influenza la dimensione del pacco batteria e la scelta del gruppo propulsore.

Per tenere conto della velocità del motore, è necessario considerare la velocità massima del veicolo. Anche la durata della velocità, il rapporto differenziale e il raggio della ruota influenzano la scelta del motore.

Fattori di considerazione specifici per la scelta del Motore Elettrico più idoneo sono:

Le prestazioni del veicolo elettrico dipendono direttamente dalle prestazioni del motore elettrico. Le prestazioni del motore sono determinate dalle caratteristiche Coppia-Velocità e Potenza-Velocità del motore di trazione.

Selezionare la caratteristica di uscita adeguata di un motore EV è una sfida perché è necessario trovare l'equilibrio tra le prestazioni di accelerazione e l'ampio intervallo di velocità nella regione di potenza costante. La regione operativa a coppia costante è importante alle basse velocità per garantire un buon avviamento e una buona guida in salita. La regione di potenza costante determina la velocità massima su una superficie piana.

Il rotore è la parte mobile che fa girare l'albero che fornisce potenza meccanica. Il rotore è supportato da cuscinetti che lo supportano per girare sul proprio asse, gli avvolgimenti formano poli magnetici quando eccitati con corrente. Lo statore è la parte stazionaria.

Nei motori elettrici, i magneti vengono utilizzati per generare la rotazione utilizzando la corrente elettrica che passa attraverso anelli di filo. Questi magneti sono generalmente realizzati con materiali delle terre rare come il neodimio e il disprosio, che hanno una catena di approvvigionamento molto limitata geograficamente. La Cina rappresenta la stragrande maggioranza della produzione mondiale di terre rare, il che comporta un’enorme volatilità dei prezzi.

Oltre ai problemi di costi e disponibilità, questi materiali evocano anche importanti questioni ambientali, politiche ed etiche riguardanti la loro estrazione, commercio e smaltimento.

Sono in fase di sviluppo progetti di motori che evitano l'uso di elementi di terre rare, che richiedono livelli più elevati di ottimizzazione del motore con il controller.

Gli sviluppi recenti includono il rotore a raggi PMSM che utilizza magneti in ferrite con una densità di potenza simile o migliore rispetto a un motore a induzione equivalente. Altre innovazioni includono l'utilizzo della configurazione del rotore avvolto per sostituire i magneti con avvolgimenti in rame, motori a induzione con rotore in alluminio e motori a riluttanza commutata che non richiedono magneti o rame nei rotori.

Le caratteristiche principali dei motori sincroni a riluttanza sono l'elevata efficienza a velocità sincrona senza l'utilizzo di magneti permanenti a terre rare. Non vi è alcuna preoccupazione per la smagnetizzazione, quindi questi sono intrinsecamente più affidabili dei motori a magneti permanenti.

Il vantaggio principale dei motori sincroni a riluttanza sono le perdite del rotore trascurabili. Il calore ridotto nei motori sincroni a riluttanza migliora la coppia e le densità di potenza consentendo loro di essere dimensionati più piccoli per un dato valore nominale. Questi motori sono anche silenziosi grazie alla bassa ondulazione della coppia e ai livelli di vibrazione.

Aumentare l'efficienza

L’efficienza è un fattore critico nei motori elettrici ed è probabile che gli sviluppi futuri si concentrino su un ulteriore aumento dell’efficienza. Ciò potrebbe comportare l’uso di nuovi materiali, una progettazione migliorata e algoritmi di controllo più avanzati.

Integrazione con l'IoT

Maggiore integrazione con i sistemi IoT, consentendo il monitoraggio, il controllo e l'ottimizzazione da remoto.

Evoluzione del design