¿Cómo funciona el motor de un coche eléctrico?

¿Qué es un motor eléctrico? 

El motor de un coche eléctrico funciona gracias a un proceso físico desarrollado a finales del siglo^XIX. Este proceso consiste en utilizar una corriente para crear un campo magnético en la parte fija de la máquina, el «estator», que, al moverse, pone en movimiento una pieza giratoria, el «rotor». Nos detendremos más detenidamente en estas dos piezas más adelante en este artículo.

El principio de funcionamiento de un motor eléctrico

¿Cuál es la diferencia entre un motor térmico y un motor eléctrico? Ambos términos se utilizan a menudo indistintamente. Por lo tanto, es importante diferenciarlos desde el principio. Aunque actualmente se emplean casi como sinónimos, en la industria automovilística, un «motor eléctrico» designa una máquina que convierte la energía en energía mecánica y, por lo tanto, en movimiento, mientras que un motor térmico realiza la misma tarea, pero utilizando específicamente la energía térmica. Cuando se habla de la transformación de la energía térmica en energía mecánica, se hace referencia a la combustión, y no a la electricidad.

Por lo tanto, es el tipo de energía convertida el que determina el tipo de motor, ya sea térmico o eléctrico. En el caso de los vehículos eléctricos, dado que la energía mecánica se genera a partir de la electricidad, se utiliza el término «motor eléctrico» para describir el sistema que impulsa el vehículo eléctrico. A esto se le denomina tracción.

¿Cómo funciona el motor eléctrico de un vehículo eléctrico? 

Ahora que hemos aclarado que estamos hablando de motores eléctricos, y no de motores térmicos, veamos cómo funciona el motor en un vehículo eléctrico.

Hoy en día, los motores eléctricos se encuentran en muchos objetos de uso cotidiano. Los que están equipados con motores de corriente continua (CC o Direct Current) tienen funciones bastante básicas. El motor está conectado directamente a una fuente de energía, por lo que su velocidad de rotación depende directamente de la intensidad de la corriente. Aunque son fáciles de fabricar, estos motores eléctricos no cumplen con los requisitos de potencia, fiabilidad o tamaño de un vehículo eléctrico. No obstante, pueden utilizarse para accionar los limpiaparabrisas, las ventanillas y otros pequeños mecanismos del interior del coche.

El estator y el rotor

Para comprender el funcionamiento de un vehículo eléctrico, es necesario familiarizarse con los componentes físicos de su motor eléctrico. Esto comienza por comprender bien los principios de sus dos partes principales: el estator y el rotor. Una forma sencilla de recordar la diferencia entre ambos es que el estator es «estático», mientras que el rotor está en «rotación». En un motor eléctrico, el estator utiliza la energía para crear un campo magnético que, a su vez, hace girar el rotor.

¿Cómo funciona, pues, un motor eléctricopara propulsar un vehículo eléctrico?Para ello es necesario recurrir a motores de corriente alterna ( CA), que requieren el uso de un circuito de conversión para transformar la corriente continua (CC) suministrada por la batería. Analicemos los dos tipos de corriente.

Recarga de un vehículo eléctrico: corriente alterna (CA) frente a corriente continua (CC)

Antes que nada, para comprender cómo funciona el motor de un coche eléctrico, es importante conocer la diferencia entre la corriente alterna y la corriente continua (tipos de corriente eléctrica).

Hay dos formas en que la electricidad puede circular por un conductor. La corriente alterna (CA) es aquella en la que los electrones cambian de dirección periódicamente. La corriente continua (CC), como su nombre indica, circula en una sola dirección.

Las baterías de los coches eléctricos funcionancon corriente continua. Sin embargo, en lo que respecta al motor principal del vehículo eléctrico (el que proporciona la tracción al vehículo), esta corriente continua debe transformarse en corriente alterna mediante un inversor.

¿Qué ocurre una vez que esa energía llega al motor eléctrico? Todo depende del tipo de motor que se utilice: síncrono o asíncrono.

Los diferentes tipos de motores eléctricos 

En la industria automovilística existen dos tipos de motores eléctricos de corriente alterna: los motores síncronos y los motores asíncronos. En el caso de un vehículo eléctrico, tanto los motores síncronos como los asíncronos tienen sus respectivas ventajas; ninguno es necesariamente «superior» al otro.

Los motores síncronos y asíncronos 

El motor asíncrono, también conocido como motor de inducción, se basa en el estator, al que se le suministra electricidad, para generar un campo magnético giratorio. Esto provoca una rotación continua del rotor, como si intentara alcanzar el campo magnético sin llegar nunca a hacerlo. El motor asíncrono se instala a menudo en vehículos eléctricos destinados a desplazamientos largos y a alta velocidad.

En el motor síncrono, el rotor actúa como electroimán y, por lo tanto, participa activamente en la generación del campo magnético. Su velocidad de rotación es, por lo tanto, directamente proporcional a la frecuencia de la corriente que alimenta el motor. El motor síncrono es, por lo tanto, ideal para la conducción urbana, que suele implicar paradas frecuentes y arranques a baja velocidad.

Los motores síncronos y asíncronos funcionan de forma reversible, lo que significa que pueden convertir la energía mecánica en electricidad durante las fases de desaceleración. Este principio es el de la frenada regenerativa, que tiene su origen en el alternador.

Los componentes de los motores eléctricos 

Veamos ahora algunos de los componentes del motor de un vehículo eléctrico, como los imanes, pero también los motores síncronos de excitación independiente y, en general, el sistema de propulsión.

Los imanes permanentes

Algunos motores síncronos incorporan un motor de imán permanente en el rotor. Estos imanes permanentes están integrados en el rotor de acero, creando así un campo magnético constante. Un motor eléctrico de imán permanente tiene la ventaja de funcionar sin alimentación eléctrica. Sin embargo, requiere el uso de metales o aleaciones como el neodimio o el disprosio. Estas «tierras raras» son ferromagnéticas, lo que significa que pueden magnetizarse y convertirse así en imanes permanentes. Se emplean para diversos fines industriales: en aerogeneradores, herramientas y auriculares inalámbricos, dinamos de bicicleta o incluso en los motores de tracción que equipan algunos vehículos eléctricos.

Problema: el coste de estas «tierras raras» fluctúa mucho. Al contrario de lo que sugiere su nombre, en realidad no son tan raras, pero se encuentran casi exclusivamente en China. Por lo tanto, este país tiene prácticamente el monopolio de su producción, venta y distribución. Por eso, los fabricantes están dedicando grandes esfuerzos a buscar soluciones alternativas para los motores de los vehículos eléctricos.

Los motores síncronos de excitación independiente

Una de estas soluciones, que Renault ha venido utilizando históricamente en sus modelos eléctricos, desde el ZOE hasta los recientes Renault 5 y Renault 4 E-Tech electric, consiste en fabricar un imán para motores eléctricos sin tierras raras a partir de una bobina de cobre. Esta solución requiere un proceso industrial más complejo, pero permite evitar los problemas de suministro, al tiempo que se mantiene la excelente relación entre el peso del motor y el par generado. 

Guillaume Faurie, responsable del departamento de Ingeniería de la planta de Cléon,destaca la complejidad y el ingenio del motor eléctrico de rotor bobinado: «La fabricación de un motor síncrono de excitación independiente requiere procesos específicos de bobinado e impregnación. Las exigencias relacionadas con las expectativas de rendimiento de los productos, el objetivo de reducir la relación peso/potencia y el elevado ritmo de producción implican recurrir de manera eficaz a las tecnologías más avanzadas para llevar a cabo estos procesos».

El sistema de propulsión eléctrico

En un vehículo eléctrico, el motor eléctrico, compuesto por el rotor y el estator, forma parte de un conjunto más amplio: el grupo motopropulsor eléctrico, un conjunto que permite el funcionamiento del motor eléctrico.

En este último también se encuentran los controladores electrónicos de potencia:

Por último, la unidad incluye el reductor que adapta la velocidad de rotación transmitida por el motor eléctrico a las ruedas.

La combinación de estos elementos garantiza un funcionamiento fluido y eficaz del motor eléctrico. ¿El resultado? ¡Tu coche eléctrico es silencioso, fiable, máseconómico y agradable de conducir!

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