El motor de un coche eléctrico: tipos y funcionamiento

Eléctricos para Dummies:

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Bueno, en realidad no es en sí el coche eléctrico, sino los primeros prototipos y experimentos rudimentarios de movilidad eléctrica. Y como toda historia tiene un comienzo, ésta no podría existir sin uno de los grandes nombres propios del siglo XIX, el inglés Michael Faraday, que descubrió, en 1821, que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento. Ello fue posible gracias a dos aparatos, construidos por el mismo, que producían lo que él denominó entonces como rotación electromagnética. Gracias a esta teoría se crearon las bases del electromagnetismo, uno de los puntos clave que obran la 'magia' de la movilidad eléctrica. Poco después, en 1831, descubrió la inducción electromagnética, algo que, con el tiempo, ha sentado las bases de la construcción de los generadores.

Apenas seis años después, en 1837, el matrimonio Davenport patentaría el primer motor de uso de corriente continua, mientras que, la primera patente de motor con corriente alterna, corresponde a Nikola Tesla en 1887.

FUNDAMENTO BÁSICO DE LOS MOTORES DE COCHES ELÉCTRICOS

El funcionamiento básico de un motor eléctrico se basa en la rotación electromagnética descubierta por Faraday. Esta 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 los motores eléctricos empleamos la electricidad para crear campos magnéticos.

Componentes principales de los que se compone:

Estator: es un cilindro hueco y fijo. Es el que comunicará el movimiento al rotor. ¿Cómo? Generando un campo magnético giratorio. El estator será como un imán que va desplazando su polaridad constantemente.

Para poder medir el citado desplazamiento será necesario saber cuál es su velocidad de sincronismo. Ésta representa la velocidad del campo magnético giratorio –expresado como ns–. Es lo que, en un motor de combustión interna sería el régimen de revoluciones por minuto.

Rotor: es un cilindro que gira en el interior del estator y al que se le acopla un eje que irá conectado a los engranajes que se utilizan para desplazar el vehículo.

Y es que en cuando los polos del rotor y estator se alineasen, el motor se detendría. Para que el rotor siga girando en el estator –cuya polaridad es también fija– es necesario invertir la polaridad de los imanes del rotor. Esto se consigue porque las bobinas del rotor están conectadas a un colector rotativo. Éste permite mantener fija la dirección transversal del magnetismo mientras el rotor gira. De este modo, los magnetismos, entre estator y rotor, nunca están alineados y el rotor sigue girando.

Bobina: formada por un conjunto de cables de cobre y cuyo campo magnético es opuesto al del rotor.

TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS PARA USO AUTOMOVILÍSTICO

Actualmente, la industria automotriz emplea dos familias de motores eléctricos que emplean corriente alterna trifásica:

Síncrono: se caracteriza por una velocidad de rotación directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Esto significa que el rotor gira a la misma velocidad que lo hace el campo magnético del estator, que lo hace moverse –está sincronizado–. La cara norte del imán del rotor va a ir siguiendo la cara sur del estator. El rotor utiliza una serie de imanes, generalmente de neodimio. Su velocidad de rotación es constante y pueden funcionar como motores o como generadores.

Asíncrono: denominado también como de inducción, está formado por un estator, de concepción similar a la de los motores síncronos; y por un rotor que puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o bobinado. Las bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio.

Cuando por estas bobinas aplicamos una corriente trifásica conseguimos inducir un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Éste, a su vez, va a inducir una tensión eléctrica en el rotor mediante la aplicación variable del campo magnético. El rotor está provisto de unas barras de conducción en todo su largo –que asemejan a una jaula, y de ahí su nombre–, incrustadas en una serie de ranuras dispuestas de manera equidistante entre ellas y conectadas con anillos a cada extremidad del rotor.

Su funcionamiento práctico se basa en el efecto motor o Laplace que se define como: todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Al mismo tiempo sucede el efecto definido por Faraday por el cual todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión y se produce un efecto generador.

FUTURO CERCANO

Aunque los motores eléctricos llevan con nosotros mucho tiempo, lo cierto es que la industria automotriz no le había prestado mucha atención hasta ahora, y mucho menos los usuarios. En un periodo relativamente corto de tiempo esta tendencia cambiará y, donde antes hablábamos de aleaciones mejoradas para los pistones o de turbos de nueva factura, pasaremos a comentar nuevos tipos de bobinados, nuevos cableados o sistemas de gestión de motor.

A este respecto, resulta muy llamativo que, partiendo de las dos grandes familias de motores eléctricos, como son el síncrono o el asíncrono, cada marca de coches sea celosa de sus desarrollos y prácticamente cada uno cree el suyo de cero. Cierto es que existen algunas sinergias y acuerdos de colaboración, pero en líneas generales todos los grandes fabricantes Toyota, GM, el grupo VAG intentar crear ese motor que les permita conseguir un avance significativo dándoles una ventaja comercial sobre el resto.

El objetivo final es claro, reducir el coste, emplear materiales más ligeros en la construcción de los motores, optimizar las prestaciones en función del uso o aprender a gestionar mejor el uso de las baterías, algo en lo que Tesla, parece sacar cierta ventaja.

El packaging o configuración de los motores es otro de los puntos sobre los que se trabaja actualmente en la industria. ¿Qué es mejor, colocar un motor de grandes dimensiones o dos más pequeños? Aquí volveríamos también al planteamiento de su uso. Si hablamos de una furgoneta de carga, en la que os interesa la robustez y no nos importa penalizar más el peso podemos optar por un único motor. Sin embargo, en vehículos destinados a las altas prestaciones o el bajo consumo, nos interesará más reducir el peso y repartir las masas de la manera más eficiente. Conseguimos además que la función de reparto de par y frenada regenerativa sea mucho más eficiente, pues cada uno de los dos motores puede funcionar de forma diferente del otro.

YAMAHA Y LA REVOLUCIÓN DE SU MOTOR UNIVERSAL

El fabricante japonés es uno de los primeros en apostar por un motor universal para la utilización tanto en motos como en coches. Aunque por el momento sólo se han realizado algunos prototipos, Yamaha Motor Co., Ltd ya acepta pedidos. Este compacto motor eléctrico de alto rendimiento es capaz de producir  entre 35 kw y 200 kW de potencia gracias a un conductor de segmento de alta eficiencia y tecnologías avanzadas de fundición y procesamiento que Yamaha ha desarrollado durante los últimos años.

Igualmente, han desarrollado un sonido específico y único para su motor en su laboratorio de Japón, buscando darle una personalidad única.

Yamaha personalizará el prototipo según las necesidades específicas de los clientes individuales y lo entregará en breves períodos de tiempo utilizando tecnología de producción que la empresa adapta de manera flexible a sus diversos grupos de productos, incluidas las motocicletas.

Esta iniciativa es parte de la estrategia comercial 'Transformación de la movilidad' de Yamaha Motor Co., Ltd, que la compañía anunció junto con su visión a largo plazo para 2030 bajo el lema 'ART para las posibilidades humanas'.

COMPETICIÓN: LABORATORIO Y ESCAPARATE DE LAS MARCAS

En un mundo tan mediatizado como el que vivimos ahora en el que todo está conectado y es audiovisual, la promoción de nuevas competiciones o la consolidación de algunas ya veteranas, como la Formula E, suponen a partes iguales un escaparate en el que fijarse y un laboratorio de desarrollo e innovación que más tarde veremos en los coches eléctricos de calle. Algunas de las más importantes son: La Copa E-Rally de regularidad; el Extreme E, donde los españoles estaremos bien representados, a través de la marca española la Cupra  y con nuestros celebérrimos pilotos Laia Sanz y Carlos Sainz; el ETCR, el ERX2 o varias copas monomarca como la  Opel e-Rally Cup, que se correrá con los nuevos Opel Corsa-e.