El motor de un vehículo eléctrico es completamente diferente al de un vehículo convencional, tanto en la energía que utiliza para funcionar (electricidad en lugar de gasolina o gasóleo) como en la manera de entregar la potencia o retener el vehículo durante la fase de desaceleración.
En este post se comenta el funcionamiento de los motores montados con más frecuencia en vehículos eléctricos.
Estator: Bobinado normalmente trifásico y conectado en estrella que permanece inmóvil durante el funcionamiento del motor.
Rotor: Se trata de la parte móvil del motor eléctrico. En él se encuentra el eje por dónde saldrá el giro hacia las ruedas motrices del vehículo.
El estator siempre tiene la misma configuración (trifásico conectado en estrella), sin embargo, el rotor varía según el fabricante del vehículo, las prestaciones que se quieran adquirir y el coste final de producción.
Los rotores más comunes son:
Los motores eléctricos funcionan gracias a la interacción de los campos magnéticos producidos en el estator y el rotor, así pues, se trata de convertir ambas piezas en imanes.
¿Cómo se consigue este efecto?
Cuando una corriente eléctrica circula por un cable, genera a su alrededor un campo magnético. Si este cable se envuelve de una forma estratégica alrededor de un "núcleo" de hierro se crean diferentes polos magnéticos cuya polaridad (Norte o Sur) dependerá de la polaridad de la corriente.
La corriente empleada en el estator es alterna, es decir, oscila entre voltaje positivo y negativo. A su vez, está desfasada 120º entre las tres fases.
La siguiente ilustración muestra cómo va cambiando la polaridad del campo magnético según la corriente sea positiva o negativa.
El signo positivo indica que la corriente entra en el núcleo del estator, mientras que el signo negativo, indica que la corriente sale.
Los cambios de polaridad de la corriente alterna proporcionan un campo magnético giratorio a pesar de que el estator permanezca inmóvil.
Variando la frecuencia de la corriente podremos hacer que este campo magnético (y en consecuencia el eje del motor) gire a más o menos r.p.m. y variando el orden de las fases, podremos hacer que el motor gire a derechas, o bien a izquierdas.
Referente al rotor, también se precisa que adopte las propiedades de un imán. Si se trata de un rotor de imanes naturales (normalmente de Neodimio) este efecto existe de forma natural.
El rotor bobinado será alimentado con una corriente continua, no alterna pues no precisa que la polaridad oscile, a través de sus anillos de fricción.
¿Es posible combinar un estator trifásico alimentado con corriente alterna y un rotor monofásico alimentado con corriente continua?
Sí, siempre y cuando el número de polos de ambos coincida.
Como bien se sabe, los imanes del mismo polo se repelen mientras que los imanes de polos opuestos se atraen.
El campo magnético creado en el rotor y estator provoca que los polos opuestos de ambas piezas queden orientados.
A medida que el campo magnético del estator empieza a girar, el rotor lo sigue proporcionando a la vez, el giro de las ruedas motrices del vehículo.
El elevado número de revoluciones a las que puede girar el motor eléctrico (12.000 rpm) y el alto par disponible en el momento del arranque, hacen que los vehículos eléctricos carezcan de cualquier tipo de caja de cambios.
A su vez, como el motor eléctrico puede entregar potencia desde el instante 0 (no precisa de ralentí), también permite suprimir cualquier sistema de embrague.
Sin embargo, sí es necesario montar un sistema de reducción para transformar el elevado número de revoluciones del motor eléctrico en par de arrastre. La desmultiplicación aplicada en el caso del Renault Zoe es de 9:3.
¿Cómo se retiene el vehículo durante la fase de desaceleración?
Durante la conducción de un vehículo, el eje motriz debe estar acelerando o bien en retención. El vehículo nunca puede encontrarse en posición neutra, la conducción en este estado es inestable e insegura.
Cuando en un vehículo convencional se levanta el pié del acelerador, debido a las fuerzas de fricción y de compresión de los cilindros, aparece el conocido freno motor, que es utilizado para la retención.
El motor eléctrico carece de todos estos elementos pero no por eso no ofrece ningún tipo de retención.
Durante esta fase, el motor eléctrico nos ofrece el frenado regenerativo.
En la retención, el estator deja de ser alimentado pero no el rotor, así pues nuestro motor eléctrico pasa a ser un generador de corriente.
La corriente generada evidentemente es alterna. Uno grupo de diodos la transforma en continua mientras que un grupo de transistores (entre otras piezas electrónicas) la conduce hacia la batería de tracción.
Debido a los efectos electromagnéticos producidos en las bobinas, cuando un generador de corriente está trabajando, origina un freno en su eje de rotación. Dicho freno aumenta con el aumento de la corriente solicitada (Amperios).
La batería de tracción es nuestro principal solicitante. El motor eléctrico repondrá parte de su carga durante las fases de retención del vehículo.
Gracias al frenado regenerativo, los vehículos eléctricos cuentan con unos kilómetros adicionales.