COMO FUNCIONA O MOTOR DE UM CARRO ELÉTRICO

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.

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

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

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.

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

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. 

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.

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

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.

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. 

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

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.

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.

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.