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 corrente elétrica para criar um campo magnético na parte fixa da máquina, o «estator», que, ao deslocar-se, aciona uma peça rotativa, o «rotor». Iremos abordar estas duas peças mais detalhadamente 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 utilizados de forma indistinta. Por isso, é importante diferenciá-los desde o início. Embora atualmente sejam utilizados quase como sinónimos, na indústria automóvel, um «motor elétrico» designa uma máquina que converte energia em energia mecânica e, consequentemente, em movimento, enquanto um motor térmico realiza a mesma tarefa, mas utilizando especificamente energia térmica. Quando se fala da transformação da energia térmica em energia mecânica, fala-se, portanto, de combustão, e não de eletricidade.

É, portanto, o tipo de energia convertida que determina o tipo de motor, seja 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 faz o veículo elétrico avançar. É a isso que se chama tração.

Como funciona um motor elétrico num veículo elétrico? 

Agora que ficou claro que estamos a falar de motores elétricos, e não de motores térmicos, vamos analisar o funcionamento do motor num veículo elétrico.

Hoje em dia, encontram-se motores elétricos em muitos objetos do quotidiano. Os que estão equipados com motores de corrente contínua (CC ou Direct Current) têm funcionalidades bastante básicas. O motor está diretamente ligado a uma fonte de energia e a sua velocidade de rotação depende, portanto, diretamente da intensidade da corrente. Embora sejam fáceis de produzir, estes motores elétricos não satisfazem os requisitos de potência, fiabilidade ou dimensão de um veículo elétrico. No entanto, podem ser utilizados para acionar os limpa-vidros, as janelas e outros pequenos mecanismos no interior do carro.

O estator e o rotor

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

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

Carregar um veículo elétrico: corrente alternada (CA) vs. corrente contínua (CC)

Antes de mais nada, para compreender o funcionamento do motor de um carro elétrico, é importante conhecer a diferença entre corrente alternada e corrente contínua (correntes elétricas).

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

As baterias dos carros elétricos funcionamcom corrente contínua. No que diz respeito ao motor principal do veículo elétrico (que assegura a tração do veículo), essa corrente contínua tem, no entanto, de ser transformada em corrente alternada através 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 automóvel: os motores síncronos e os motores assíncronos. No caso de um veículo elétrico, os motores síncronos e assíncronos têm, cada um, os 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 corrente elétrica para gerar um campo magnético rotativo. Isso provoca uma rotação contínua do rotor, como se este tentasse alcançar o campo magnético sem nunca o conseguir. O motor assíncrono é frequentemente instalado em veículos elétricos destinados a viagens longas e a alta velocidade.

No motor síncrono, o rotor desempenha ele próprio a função de eletroímã, participando assim ativamente na criação do campo magnético. A sua velocidade de rotação é, portanto, diretamente proporcional à frequência da corrente que alimenta o motor. O motor síncrono é, por isso, ideal para a condução urbana, que implica geralmente paragens regulares e reinícios a 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. Este princípio é o da travagem por recuperação, que tem origem no alternador.

Os componentes dos motores elétricos 

Vamos agora analisar alguns dos componentes do motor de um veículo elétrico, tais como os ímanes, mas também os motores síncronos de excitação independente e, de um modo mais geral, o sistema de propulsão.

Os ímanes permanentes

Alguns motores síncronos possuem um motor de íman permanente no rotor. Estes ímanes permanentes estão integrados no rotor de aço, criando assim um campo magnético constante. Um motor elétrico de íman permanente tem a vantagem de funcionar sem alimentação elétrica. No entanto, requer a utilização de metais ou ligas como o neodímio ou o disprósio. Estas «terras raras» são ferromagnéticas, o que significa que podem tornar-se magnéticas e, assim, transformar-se em ímanes permanentes. São utilizadas para diversos fins industriais: em turbinas eólicas, ferramentas e auscultadores sem fios, dínamos de bicicleta ou ainda nos motores de tração que equipam alguns veículos elétricos!

Problema: o custo destas «terras raras» é muito variável. Ao contrário do que o nome sugere, não são realmente assim tão raras, mas encontram-se quase exclusivamente na China. O país detém, portanto, um quase-monopólio sobre a sua produção, venda e distribuição. É por isso que os fabricantes estão a envidar grandes esforços para encontrar soluções alternativas para os motores dos veículos elétricos.

Motores síncronos de excitação independente

Uma dessas soluções, historicamente adotada pela Renault nos seus modelos elétricos, desde o ZOE até aos recentes Renault 5 e Renault 4 E-Tech electric, consiste em fabricar um íman para motor elétrico sem terras raras a partir de uma bobina de cobre. Esta solução requer um processo industrial mais complexo, mas permite evitar problemas de abastecimento, preservando simultaneamente a excelente relação entre o peso do motor e o binário gerado. 

Guillaume Faurie, responsável pelo departamento de Engenharia da fábrica de Cléon,refere 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 com as expectativas em termos de desempenho dos produtos, com o objetivo de reduzir a relação peso/potência e com o elevado ritmo de produção implicam o recurso eficaz às tecnologias mais avançadas para implementar estes processos.»

O sistema de propulsão elétrico

Num veículo elétrico, o motor elétrico, composto pelo rotor e pelo estator, faz parte de um conjunto mais vasto: o sistema de propulsão elétrico, um conjunto que permite o funcionamento do motor elétrico.

Neste último, encontram-se também os controladores eletrónicos de potência:

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

A combinação destes elementos garante um funcionamento suave e eficiente do motor elétrico. O resultado? O seu carro elétrico é silencioso, fiável, mais económico eagradável de conduzir!

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