Así funciona el motor de un carro eléctrico

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.

Piezas principales en un motor eléctrico

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.

Imagen Estator-rotor

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

Rotor bobinado: el enrollamiento rotórico está constituido por unas bobinas de hilo de cobre por lo general.  Los extremos están conectados a unos anillos (anillos rozantes) por los que se alimentaran las bobinas. Para el enrollamiento del rotor se utilizan, conductores de sección circular o rectangular, aislados generalmente con doble capa de algodón o barnices apropiados e introducidos en las ranuras y aislados de ellas y entre sí, por medio de presspan, tela aceitada, entre otros.

Rotor de imanes naturales: Los motores de imanes naturales también conocidos como motores de imán permanente IP son motores eléctricos que utilizan la combinación de campos magnéticos de naturaleza permanente (Imanes) y campos magnéticos inducidos producidos por la corriente de excitación externa que fluye a través de los devanados del estator.

Un motor de imán permanente puede ser excitado por señales eléctricas alterna o continua, sin  embargo los de excitación alterna son los más eficientes y por ende los mas empleados en términos de conversión de energía, disponibilidad y mantenimiento.

A su vez dentro de los motores de excitación alterna se puede hacer una nueva división donde se encuentra a los motores Sincrónicos de imanes permanentes y los motores llamados Brushless DC o motores de excitación alterna "sin escobillas" debido a su equivalencia con los motores de corriente continua.

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 (entrefierro) 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.

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 derecha, o a izquierda.

Referente al rotor, también se precisa que adopte las propiedades de un imán. Si se trata de un rotor de imanes naturales, este efecto existe de forma natural.

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.

¿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. 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. Un 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.