Como funciona o motor de um carro elétrico?

O que é um motor elétrico? 

O motor de um carro elétrico funciona graças a um processo físico desenvolvido no final do século^XIX. Esse processo consiste em utilizar uma corrente elétrica para criar um campo magnético na parte fixa da máquina, o “estator”, que, ao se mover, aciona uma peça giratória, o “rotor”. Falaremos mais detalhadamente sobre essas duas peças um pouco mais adiante neste artigo.

O princípio de um motor elétrico

Qual é a diferença entre um motor térmico e um motor elétrico? Os dois termos são frequentemente usados de forma intercambiável. Por isso, é importante diferenciá-los desde o início. Embora atualmente sejam empregados quase como sinônimos, na indústria automotiva, um “motor elétrico” designa uma máquina que converte energia em energia mecânica e, portanto, em movimento, enquanto um motor térmico realiza a mesma tarefa, mas utilizando especificamente a energia térmica. Quando se fala da transformação de energia térmica em energia mecânica, trata-se, portanto, de combustão, e não de eletricidade.

Portanto, é o tipo de energia convertida que determina o tipo de motor, seja ele térmico ou elétrico. No que diz respeito aos veículos elétricos, uma vez que a energia mecânica é gerada pela eletricidade, utiliza-se o termo “motor elétrico” para descrever o sistema que impulsiona o veículo elétrico. É o que se denomina tração.

Como funciona um motor elétrico em um veículo elétrico? 

Agora que ficou claro que estamos falando de motores elétricos, e não de motores a combustão, vamos nos concentrar no funcionamento do motor em um veículo elétrico.

Hoje em dia, encontramos motores elétricos em muitos objetos do dia a dia. Aqueles equipados com motores de corrente contínua (CC ou Direct Current) têm funcionalidades bastante básicas. O motor está diretamente conectado a uma fonte de energia e, portanto, sua velocidade de rotação depende diretamente da intensidade da corrente. Embora sejam fáceis de fabricar, esses motores elétricos não atendem aos requisitos de potência, confiabilidade ou tamanho de um veículo elétrico. No entanto, podem ser usados para acionar os limpadores de para-brisa, as janelas e outros pequenos mecanismos no interior do carro.

O estator e o rotor

Para compreender o funcionamento de um veículo elétrico, é preciso familiarizar-se com os componentes físicos do seu motor elétrico. Isso começa com uma boa compreensão dos princípios de suas duas partes principais: o estator e o rotor. Uma maneira simples de lembrar a diferença entre os dois: o estator é “estático”, enquanto o rotor está em “rotação”. Em um motor elétrico, o estator utiliza a energia para criar um campo magnético que, por sua vez, faz o rotor girar.

Como funciona, então, um motor elétricopara alimentar um veículo elétrico?Para isso, é necessário recorrer a motores de corrente alternada ( CA), que exigem o uso de um circuito de conversão para transformar a corrente contínua (CC) fornecida pela bateria. Vamos examinar os dois tipos de corrente.

Carregamento de um veículo elétrico: corrente alternada (CA) x corrente contínua (CC)

Antes de mais nada, para entender como funciona o motor de um carro elétrico, é importante conhecer a diferença entre corrente alternada e corrente contínua (tipos de corrente elétrica).

Existem duas formas de a eletricidade circular em um condutor. A corrente alternada (CA) refere-se a uma corrente elétrica na qual os elétrons mudam periodicamente de direção. A corrente contínua (CC), como o próprio nome indica, circula em uma única direção.

As baterias dos carros elétricos funcionamcom corrente contínua. No entanto, no que diz respeito ao motor principal do veículo elétrico (que assegura a tração do veículo), essa corrente contínua precisa ser transformada em corrente alternada por meio de um inversor.

O que acontece quando essa energia chega ao motor elétrico? Tudo depende do tipo de motor utilizado: síncrono ou assíncrono.

Os diferentes tipos de motores elétricos 

Existem dois tipos de motores elétricos de corrente alternada na indústria automotiva: os motores síncronos e os motores assíncronos. No caso de um veículo elétrico, os motores síncronos e assíncronos têm, cada um, seus pontos fortes; um não é necessariamente “superior” ao outro.

Motores síncronos e assíncronos 

O motor assíncrono, também conhecido como motor de indução, utiliza o estator alimentado com eletricidade para gerar um campo magnético rotativo. Isso provoca, então, uma rotação contínua do rotor, como se ele tentasse alcançar o campo magnético sem nunca conseguir. O motor assíncrono é frequentemente instalado em veículos elétricos destinados a viagens longas e em alta velocidade.

No motor síncrono, o próprio rotor desempenha a função de eletroímã, participando assim ativamente da geração do campo magnético. Sua velocidade de rotação é, portanto, diretamente proporcional à frequência da corrente que alimenta o motor. O motor síncrono é, portanto, ideal para a condução urbana, que geralmente envolve paradas frequentes e reinícios em baixa velocidade.

Os motores síncronos e assíncronos funcionam de forma reversível, o que significa que podem converter energia mecânica em eletricidade durante as fases de desaceleração. Esse princípio é o da frenagem regenerativa, que se baseia no alternador.

Os componentes dos motores elétricos 

Vamos agora nos concentrar em alguns dos componentes do motor de um veículo elétrico, como os ímãs, mas também nos motores síncronos de excitação independente e, de maneira mais geral, no sistema de propulsão.

Ímãs permanentes

Alguns motores síncronos possuem um motor de ímã permanente no rotor. Esses ímãs permanentes são integrados ao rotor de aço, criando assim um campo magnético constante. Um motor elétrico de ímã permanente tem a vantagem de funcionar sem alimentação elétrica. No entanto, ele requer o uso de metais ou ligas como o neodímio ou o disprósio. Essas “terras raras” são ferromagnéticas, o que significa que podem se tornar magnéticas e, assim, transformar-se em ímãs permanentes. Elas são utilizadas para diversos fins industriais: em turbinas eólicas, ferramentas e fones de ouvido sem fio, dínamos de bicicleta ou ainda nos motores de tração que equipam alguns veículos elétricos!

Problema: o custo desses “metais raros” é muito volátil. Ao contrário do que o nome sugere, eles não são realmente tão raros, mas são encontrados quase exclusivamente na China. O país detém, portanto, um quase monopólio sobre sua produção, venda e distribuição. É por isso que os fabricantes estão se empenhando bastante para encontrar soluções alternativas para os motores dos veículos elétricos.

Motores síncronos de excitação independente

Uma dessas soluções, historicamente adotada pela Renault em seus modelos elétricos, desde o ZOE até os recentes Renault 5 e Renault 4 E-Tech electric, consiste em fabricar um ímã para motor elétrico sem terras raras a partir de uma bobina de cobre. Essa solução requer um processo industrial mais complexo, mas permite evitar problemas de abastecimento, ao mesmo tempo em que preserva a excelente relação entre o peso do motor e o torque gerado. 

Guillaume Faurie, responsável pelo departamento de Engenharia da fábrica de Cléon,destaca a complexidade e a engenhosidade do motor elétrico de rotor bobinado: «A fabricação de um motor síncrono de excitação independente requer processos específicos de bobinagem e impregnação. As exigências relacionadas às expectativas de desempenho dos produtos, ao objetivo de reduzir a relação peso/potência e ao alto ritmo de produção implicam o uso eficaz das tecnologias mais avançadas para implementar esses processos.”

O sistema de propulsão elétrico

Em um veículo elétrico, o motor elétrico, composto pelo rotor e pelo estator, faz parte de um conjunto mais amplo: o trem de força elétrico, um conjunto que permite o funcionamento do motor elétrico.

Neste último, também se encontram os controladores eletrônicos de potência:

Por fim, a unidade inclui o redutor que adapta a velocidade de rotação transmitida pelo motor elétrico às rodas.

A combinação desses elementos garante um funcionamento suave e eficiente do motor elétrico. O resultado? Seu carro elétrico é silencioso, confiável, mais econômicoe agradável de dirigir!

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