¿Sabes cómo funcionan los motores eléctricos de los coches?

Acaparando progresivamente la mayor atención en cuanto al sector de la automoción, los nuevos coches y sus motores eléctricos se antojan como la elección de futuro sobre la movilidad. Vehículos de gran tecnología, más avanzados, inteligentes… y con componentes muy diferenciadores de los vistos hasta ahora. Pero, ¿cómo es un motor de estas características? ¿Cuál es su funcionamiento?

El coche electrificado ha llegado para quedarse. Y no porque sea algo realmente novedoso (los primeros surgieron hace 200 años), sino porque todo indica que serán los más convenientes para los días venideros, para un clima sostenible y un ambiente más ecológico. Cada vez son más los fabricantes tradicionales que tienen uno o más en su gama, llamando la curiosidad de otros que aún no lo han hecho. Caracterizados por sus motores eléctricos y baterías, funcionan de una manera sencilla.

Fundamentos básicos de un motor eléctrico

Las características más diferenciadoras que tenemos con los de coches de combustión se ven en que estos motores eléctricos son silenciosos, eficientes, rara vez deben ser reparados y ofrecen una conducción sin emisiones. Otra ventaja determinante es que los vehículos eléctricos son más eficientes en recursos que los impulsados por motores de combustión. Si sumamos el hecho de que gran parte de la electricidad requerida se genera a partir de energías renovables, ya nunca miraremos atrás.

Es por ello que estos se hacen como alternativa más segura para disponer de un nuevo vehículo. Y en ello tienen mucho que ver sus propulsores y su funcionamiento. Donde, gracias a las diferentes piezas del que está compuesto, permite una ejecución y marcha muy particular.

Si observamos la propia mecánica, en su interior podemos ver que su funcionamiento es mucho más sencillo que el de un motor térmico. Al contrario que los motores que funcionan por combustible en los que la energía se da por explosión, en estos el movimiento se produce gracias a interacciones electromagnéticas. Así, este tren motriz se encarga de transformar la energía eléctrica que absorbe por sus bornes en energía mecánica, transmitiendo esta energía a las ruedas y permitiendo, por lo tanto, el movimiento del vehículo.

Elementos de un motor eléctrico

Con la gran ventaja de que cuentan con menos piezas móviles, su funcionamiento sencillo y fiable es el que lo distancia enérgicamente de uno convencional. Por ejemplo, se da en que este tipo propulsores no portan sistemas de refrigeración, como tampoco una caja de cambios común. De esta forma, y aunque no todos los modelos de coches eléctricos son iguales, sí que tienen algunas partes o elementos generales dentro de su fabricación.

Elementos motores eléctricos coches

Basándose en la rotación electromagnética, consiste en el uso de dos imanes que se rechazan o se atraen, dependiendo de la alineación de sus polos. Esa orientación será la que genere un desplazamiento hacia delante o hacia atrás. En el caso de los motores eléctricos para coches se emplea la electricidad para crear campos magnéticos. Las partes de un sistema eléctrico están divididas en varios grandes grupos.

  • Baterías. Son las que almacenan la energía proveniente del cargador en forma de corriente continua. Estas baterías son las encargadas de alimentar mediante su energía almacenada a todo el coche eléctrico. En los coches eléctricos que cuentan con un motor de corriente alterna, la batería va conectada a un inversor.
  • Cargador. Es el encargado de absorber la electricidad de forma alterna directamente desde la red externa y la transforma en corriente continua y que almacena en la batería.
  • Regulador eléctrico. Es el sistema compuesto por varios subsistemas eléctricos y electrónicos llamados inversor, rectificador y transformador. Gracias a ellos se es capaz de gestionar los flujos de corriente entre las baterías y el motor en ambos sentidos. Tanto cuando el motor empuja al coche y cuando el motor recarga las baterías, actuando de generador durante la retención o frenada suave.
  • Transformadores. Encargados de convertir la corriente interna en corriente continua. Permite ser almacenada por las baterías.
  • Inversores: Transforman la corriente continua en corriente alterna, cuando se trata motores de corriente alterna.
  • Controladores: Comprueban el correcto funcionamiento por eficiencia y seguridad, así como regulan la energia que recibe o recarga el motor.

Fases y gestión de la energía

Como hemos visto en el apartado anterior, existen varios tipos de elementos que hacen porque estos motores eléctricos funcionen correctamente para su posterior movilidad en los coches. Sin embargo, cada uno de esos tipos funcionan con una gestión de energía de la que es igual para todos. Lo vemos, en concreto, con las que son sus fases de utilización. Ahí es donde entran tanto la fase de aceleración como la de desaceleración.

Controladas ambas por el propio conductor, estas permiten invertir la energía para crear movimiento o, en su caso, convertir la energía cinética (movimiento) en energía eléctrica para recargar la batería.

  • Fase de aceleración. La energía eléctrica en forma de corriente continua pasa de la batería al convertidor, el cual se encarga de modificar esta energía eléctrica de corriente continua a alterna. Esta llega al motor que, mediante el sistema antes explicado, mueve el rotor que acaba convirtiéndose en movimiento de las ruedas.
  • Fase de desaceleración. Aquí, todo se inicia en las ruedas. Estas se encuentran en movimiento tras concluir la fase de aceleración, es decir, cuando levantamos el pie del acelerador. El motor eléctrico genera resistencia y convierte la energía cinética en corriente alterna, la cual de nuevo pasa por el convertidor que la convierte en corriente continua y, a su vez, se almacena en la batería. Este proceso también ocurre cuando actúa la frenada regenerativa del coche eléctrico.

Qué tipos existen

Junto con la batería, el motor forma la pareja más importante de todos los componentes necesarios por un vehículo eléctrico. De él depende la eficiencia, la autonomía y las prestaciones. En el mercado existen diferentes tipos de motores eléctricos, formados principalmente por tres partes fundamentales: estator, rotor y la propia carcasa que los envuelve.

Fases motores eléctricos coches

Según su alimentación mediante corriente alterna o continua y su arquitectura, se dividen en otras categorías (motores asíncronos, síncronos con imanes permanentes, sin escobillas de imanes permanentes y síncronos con reluctancia conmutada o variable).

  • Estator. Es la parte fija de la máquina. Puede ser desde electroimanes hasta chapas magnéticas, y que hace así por acoger en su interior al rotor, la parte móvil y la otra parte importante de los mismos
  • Rotor. La parte móvil, contiene un campo magnético fijo. Este gira en el estátor arrastra el campo magnético fijo del rotor y lo hace girar. Éste, a su vez, mediante una serie de engranajes, permite que las ruedas del coche eléctrico giren y, por consiguiente, se genere movimiento.
  • Carcasa.

Asíncronos

Distinguimos dos grandes tipos de motores eléctricos en la oferta de este tipo de coches. Por un lado están los que son de corriente continua. Se les identifica por las siglas en inglés DC. Por otro lado, están los motores de corriente alterna, identificados también por sus siglas en inglés AC. A partir de ahí, entran los subtipos. Los primeros de ellos son los motores asíncronos.

Este motor de corriente alterna, también es conocido como motor de inducción. A nivel mecánico su gran diferencia respecto al resto es que el giro del rotor no se produce a la misma velocidad que el campo magnético producido por el estator. A nivel práctico, esta sutil característica, sí marca importantes diferencias. Los coches eléctricos con motor asíncrono son más económicos, muy silenciosos y ofrecen una eficiencia perfecta en la conducción. Se componen, básicamente, del rotor, que puede ser de jaula de ardilla o bobinado, y de un estator, donde se alojan las bobinas inductoras, que son trifásicas y están desfasadas entre sí 120 grados.

Síncronos con imanes permanentes

Este propulsor de coche eléctrico también es de corriente alterna. Ofrece una velocidad de giro constante y esta vez sí que está igualada entre rotor y estator. A su vez está disponible en dos formatos, con flujo radial (el más usado) y con flujo axial. La diferencia está en la posición del campo magnético de la inducción.

Tipos

En cualquiera de los dos casos, los coches que montan estos motores eléctricos síncronos con imanes permanentes ofrecen un rendimiento excelente, un máximo control de la velocidad, así como poco ruido y mínima vibración. La producción de estos motores encarece el importe final del vehículo. Sin embargo, es la modalidad más extendida entre los híbridos.

Incorpora, incrustados en su rotor, imanes compuestos por tierras raras, como el disprosio, el gadolinio o el neodimio. Estos son elementos, en su mayoría, importados de China, escasos, caros y difíciles de reciclar. A partir de esto, los propulsores necesitan excitación externa ni escobillas para generar el campo magnético en el rotor y hacerlo girar. Son más compactos y sencillos.

Sin escobillas de imanes permanentes

Suelen utilizarse en vehículos híbridos. Funcionan a través imanes permanentes localizados en el rotor y que se alimentan secuencialmente de cada fase del estator. Su precio es alto y tienen poca potencia, pero sí cuentan con ventajas como su alta robustez, nulo ruido y que no necesitan mantenimiento. Habitualmente se conocen como ‘brushless’.

Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control es mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controladores electrónicos de velocidad ESC.

Síncronos con reluctancia conmutada o variable

Motores síncronos de reluctancia variable es el nombre que se da a un motor eléctrico del tipo CA (que funciona con corriente alterna). La diferencia es que su funcionamiento se basa en la reluctancia variable. Este comportamiento tiene lugar por medio de un rotor dentado que está alineado con los polos del estator. Los polos del rotor se atraen por el campo magnético y crean un par que lo alimenta.

Se tratan así de motores eléctricos bastante imponentes en los coches, con un par alto que, no obstante, son muy económicos y no ofrecen gran potencia. Su principal valor está en la eficiencia que ofrece el motor, razón por la que muchos fabricantes lo escogen como prioridad para algunos de sus modelos. Entre sus ventajas, este tipo de propulsores tienen una dinámica muy elevada gracias a su baja inercia, así como un mayor control de precisión de la velocidad/par.

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