COMO FUNCIONA O MOTOR DE UM CARRO ELÉTRICO

Como funciona o motor de um veículo elétrico












Os carros elétricos utilizam uma tecnologia automotiva diferente dos veículos a motor à combustão. A performance de um veículo elétrico depende fortemente do tipo de motor envolvido e do tamanho do banco de baterias, não esquecendo que o peso do carro e aceleração desejada também influenciam. O design do motor elétrico deve ser desenvolvido de forma que o veículo consiga gerar o máximo de energia possível para ser armazenada nas baterias e depois alimentar as rodas sem muitas perdas.


O princípio básico de operação de um motor elétrico não mudou desde que a tecnologia foi inventada no século 19. O motor consiste em dois elementos: um rotativo (rotor) e um estacionário (estator), no qual ficam anexados dentro de uma carcaça, juntamente com outros itens que compõe o motor elétrico. Quando a corrente elétrica passa pelo motor, os dois elementos, que possuem campos magnéticos diferentes, se repelem causando a rotação do rotor dentro do estator. 

Partes de um motor elétrico - rotor e estator

O que diferencia o motor elétrico de um veículo para o de uso industrial é o torque. O motor utilizado para carros elétricos, geralmente, requer alto torque em baixas velocidades permitindo que o veículo atenda às necessidades da aceleração. Além disso, são motores que necessitam de uma faixa de operação diferenciada, por conta das diferentes velocidades que o motor irá operar, diferente do motor industrial, que geralmente são desenvolvidos para trabalhar em condições específicas e menos dinâmicas.


Dois tipos de motores são comumente utilizados em veículos elétricos: motores de corrente contínua – motores CC e os motores de corrente alternada – motores CA. Mais abaixo discutiremos cada um deles, mas antes é bom destacar duas coisas para se manter em mente sobre os carros elétricos. De um lado, uma das grandes vantagens de se utilizar o motor elétrico nos veículos é a livre emissão de gases poluentes, contribuindo para a redução dos níveis de poluição no ar. De outro lado, como esses motores são alimentados principalmente pela energia do banco de baterias, elas levam um certo tempo para serem recarregadas e os carros não podem ser utilizados enquanto a bateria é recarregada na tomada.

TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM ESCOVAS - CC

Funcionamento de um motor de corrente contínua

Começando com o motor mais simples, o motor CC escovado nada mais é do que um motor alimentado por corrente contínua (CC) de uma bateria ou alguma outra fonte CC. Como dito anteriormente, ele possui dois elementos: o primeiro é o estator – parte fixa do motor – que é constituído por imãs; o segundo é o rotor – parte girante do motor – que possui uma bobina elétrica dentro.


Os imãs dentro do estator geram um campo magnético entre os polos norte e sul; quando a bateria transfere energia para o rotor, a corrente elétrica que passa pelas bobinas gera uma força magnética com pólos invertidos em relação ao estator, produzindo torque, o que força o rotor a girar para tentar alinhar os pólos.


Estes motores são geralmente utilizados em carros para abrir e fechar vidros elétricos e retrair e expandir os retrovisores.

 VANTAGENSDESVANTAGENS
 Fácil construção e instalaçãoManutenção
 Curva velocidade-torque linearDissipação de calor
Simples controle de velocidadeBarulhento

Este é apenas uma exemplificação de motor elétrico, no entanto existem três outros tipos de motores que são comumente mais utilizados para veículos elétricos:

​​​MOTOR DE INDUÇÃO (ASSÍNCRONO)

Os motores de indução são considerados os mais comuns e melhores custo-benefício do mercado. Eles fazem parte da família dos motores de corrente alternada (CA) e não precisam de imãs permanentes; ao invés disso, o campo magnético é produzido pela corrente elétrica que passa pelas bobinas fixadas no estator. Caso uma corrente alternada seja ligada ao estator, o campo magnético também será alternado.


O controle deste motor é bem simples e devido a esse design, eles não precisam de muita manutenção. São mais caros que os motores de corrente contínua e possuem torque de arranque baixo, porém são amplamente utilizados entre os fabricantes de motores elétricos, especialmente para carros elétricos de alta performance. 


O funcionamento deste motor acontece da seguinte forma: o campo magnético criado pelas bobinas no estator irá induzir tensão e corrente no enrolamento do rotor. Por isso o nome do motor – de indução. Esta indução levará ao rotor a produzir seu próprio campo magnético que, automaticamente, tentará alinhar-se ao campo magnético do estator. Como o estator gera campo magnético alternado, o rotor irá girar de forma que seu campo magnético tente acompanhar o campo do estator.

Motor de um carro elétrico - motor de indução
 VANTAGENSDESVANTAGENS
Sem escovasCorrente induzida causa perdas
Não necessita de imas permanentesNão é compacto
Não necessita de mecanismo de partidaPesado
 Fácil controle de velocidade

Modelos de carros elétricos que utilizam este tipo de motor: Tesla Modelo S, Tesla Modelo X, Toyota RAV4, Mahindra Reva e2o

​​MOTOR SÍNCRONO DE IMÃ PERMANENTE

Os motores de ímã permanente também são conhecidos como motores síncronos, pois o rotor gira na mesma velocidade (sincronizado) que o campo magnético rotativo; diferente do motor de indução que gira em uma velocidade menor que a do campo. Se construirmos um motor de imã permanente, não será mais necessário induzir um campo magnético no rotor, evitando assim perdas e aquecimento no rotor. Além disso, podem oferecer as mesmas vantagens do motor de indução incluindo melhor eficiência, alto torque em velocidades baixas, além de ser compacto e mais leve.


Este tipo de motor é comumente utilizado na indústria quando se precisa de um mecanismo com velocidade constante e de alta precisão, tal como robôs, instrumentação, máquinas e controle de processos.  Ele é formado por um estator bobinado, geralmente enrolamento trifásico, e um rotor constituído de ímã. Este ímã é composto de material de alta permeabilidade e com alta intensidade de campo magnético, como por exemplo o ímã de Neodímio. 

Motor de um carro elétrico - motor de imã permanente

Quando o enrolamento do estator é energizado por uma fonte externa, cria-se um campo magnético rotativo em velocidade síncrona. Como o rotor possui um ímã permanente, ele tem seu próprio campo magnético, e ao interagir-se com o campo magnético do estator os pólos opostos dos campos irão se atrair e se alinhar fazendo com que o rotor gire sincronizadamente na mesma velocidade do campo rotativo.

 VANTAGENSDESVANTAGENS
Pequeno e leveCusto dos ímãs permanentes
SilenciosoMecanismo de partida
EficientePerdas em velocidades altas
Torque alto em velocidade baixa

Modelos de carros elétricos que utilizam este tipo de motor: Toyota Prius, Nissan Leaf, Kia Soul EV

​​MOTOR DE RELUTÂNCIA

O motor de relutância ou de passo, como também é conhecido, é um dos motores elétricos que vem ganhando popularidade recentemente e parece conseguir unir o melhor dos dois mundos. Ele gira em velocidade síncrona (o rotor gira na mesma velocidade do campo magnético rotativo do estator) enquanto combina as vantagens dos motores de ímã permanente e indução – robusto e tolerante às falhas assim como de indução, e compacto e eficiente como o de ímã permanente.

Seu rotor não possui enrolamentos como outros tipos, e sim é constituído por um conjunto de lâminas ferromagnéticas dispostas lado a lado, e configurados em três formas, conforme a figura ao lado. Já o estator é similar aos anteriores, bobinado e com enrolamentos trifásicos. O funcionamento do motor de relutância acontece da mesma forma que o motor de ímã permanente; o estator é alimentado por uma fonte externa gerando um campo magnético rotativo, enquanto o rotor tende a se alinhar sincronizadamente ao campo do estator, fazendo com que ele gire.
Motor de um carro elétrico - motor de relutância

Este tipo de motor pode entregar uma potência alta a um baixo custo, deixando-o bastante atrativo para diversas aplicações. No entanto, alguns problemas associados a controle, fabricação e baixo fator de potência impedem que ele seja largamente utilizado para veículos elétricos. 

 VANTAGENSDESVANTAGENS
Toque comparável ao motor de ímãMenor eficiência em velocidade baixa
Maior eficiência em velocidade altaBarulhento
BaratoProblemas de controle
Pequeno e robusto

Modelos de carros elétricos que utilizam este tipo de motor: BMW i3

CONFIGURAÇÃO DO MOTOR NO CARRO ELÉTRICO

A possibilidade de configuração da disposição do motor em um carro elétrico é grande, e isso permite flexibilidade na hora de montar os elementos no carro. Na configuração simples apenas um motor é utilizado, e ele pode movimentar o eixo dianteiro ou o traseiro.

Motor de um carro elétrico - configuração com motor único e duplo
Com o layout de dois motores, a configuração pode ser feita em diversas formas. Uma opção é utilizar um dos motores apenas para tração dianteira, enquanto o outro motor traciona o eixo traseiro. Outra opção é a utilização de ambos os motores no eixo dianteiro ou traseiro proporcionando assim maior torque, se comparado com a configuração de um motor único. Como uma alternativa, os motores podem tracionar as rodas, dianteiras ou traseiras, de maneira independente assegurando maior controle do carro nas curvas. Embora a maior parte dos fabricantes de veículos elétricos adotem, principalmente, o layout de motor único, a configuração de motor duplo vem sendo utilizada para os modelos com grande capacidade de torque.


Indo além de um ou dois motores, pode-se ainda pensar no conceito de ter motores independentes para movimentar cada uma das quatro rodas do carro. Este formato é obtido colocando os motores diretamente nas rodas, e estes podem ou não ser engrenados. A opção sem engrenagens tem a capacidade de melhorar a eficiência geral da transmissão, no entanto torna o controle mais complexo, o que requer um sistema mais elaborado.

Motor de um carro elétrico - configuração com mais motores
Indo além de um ou dois motores, pode-se ainda pensar no conceito de ter motores independentes para movimentar cada uma das quatro rodas do carro. Este formato é obtido colocando os motores diretamente nas rodas, e estes podem ou não ser engrenados. A opção sem engrenagens tem a capacidade de melhorar a eficiência geral da transmissão, no entanto torna o controle mais complexo, o que requer um sistema mais elaborado.

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