Tipos de motores utilizados en vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos no son algo nuevo en este mundo, pero con el avance tecnológico y la creciente preocupación por controlar la contaminación le han dado una etiqueta de movilidad futura. El elemento central del EV, además de las baterías de vehículos eléctricos, que reemplaza a los motores de combustión interna, es un motor eléctrico. El rápido desarrollo en el campo de la electrónica de potencia y las técnicas de control ha creado un espacio para varios tipos de motores eléctricos para ser utilizados en vehículos eléctricos. Los motores eléctricos utilizados para aplicaciones automotrices deben tener características como alto par de arranque, alta densidad de potencia, buena eficiencia, etc.

Varios tipos de motores eléctricos utilizados en vehículos eléctricos.

Motor serie DC
Motor DC sin escobillas
Motor síncrono de imán permanente (PMSM)
Motores de inducción de CA trifásicos
Motores de reluctancia conmutados (SRM)

1. Motor serie DC

La alta capacidad de par de arranque del motor de la serie DC lo convierte en una opción adecuada para aplicaciones de tracción. Fue el motor más utilizado para aplicaciones de tracción a principios del siglo XX. Las ventajas de este motor son el fácil control de la velocidad y también puede soportar un aumento repentino de la carga. Todas estas características lo convierten en un motor de tracción ideal. El principal inconveniente del motor de la serie DC es el alto mantenimiento debido a las escobillas y conmutadores. Estos motores se utilizan en los ferrocarriles indios. Este motor entra en la categoría de motores DC con escobillas.

2. Motores de CC sin escobillas

Es similar a los motores de CC con imanes permanentes. Se llama sin escobillas porque no tiene la disposición del conmutador y las escobillas. La conmutación se realiza electrónicamente en este motor debido a que los motores BLDC no requieren mantenimiento. Los motores BLDC tienen características de tracción como alto par de arranque, alta eficiencia alrededor del 95-98%, etc. Los motores BLDC son adecuados para enfoques de diseño de alta densidad de potencia. Los motores BLDC son los motores más preferidos para la aplicación de vehículos eléctricos debido a sus características de tracción. Puede obtener más información sobre los motores BLDC comparándolo con el motor cepillado normal.

Los motores BLDC tienen además dos tipos:

yo. Motor BLDC tipo corredor:

En este tipo, el rotor del motor está presente en el exterior y el estator está presente en el interior. También se le llama motores Hub porque la rueda está conectada directamente al rotor exterior. Este tipo de motores no requiere sistema de engranajes externo. En algunos casos, el motor en sí tiene engranajes planetarios incorporados. Este motor hace que el vehículo en general sea menos voluminoso, ya que no requiere ningún sistema de engranajes. También elimina el espacio necesario para montar el motor. Existe una restricción en las dimensiones del motor que limita la potencia de salida en la configuración de corredor. Este motor es ampliamente preferido por los fabricantes de bicicletas eléctricas como Hullikal, Tronx, Spero, bicicletas de velocidad ligera, etc. También es utilizado por fabricantes de vehículos de dos ruedas como 22 Motors, NDS Eco Motors, etc.

ii. Motor BLDC tipo In-runner:

En este tipo, el rotor del motor está presente en el interior y el estator está fuera como los motores convencionales. Estos motores requieren un sistema de transmisión externo para transferir la potencia a las ruedas, debido a esto, la configuración de corredor es poco voluminosa en comparación con la configuración de corredor. Muchos fabricantes de vehículos de tres ruedas como Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive utilizan motores BLDC. Los fabricantes de scooters de rendimiento medio y bajo también utilizan motores BLDC para la propulsión.

Es por estas razones que es un motor ampliamente preferido para aplicaciones de vehículos eléctricos. El principal inconveniente es el alto costo debido a los imanes permanentes. Sobrecargar el motor más allá de cierto límite reduce la vida útil de los imanes permanentes debido a las condiciones térmicas.

3. Motor síncrono de imán permanente (PMSM)

Este motor también es similar al motor BLDC que tiene imanes permanentes en el rotor. Al igual que los motores BLDC, estos motores también tienen características de tracción como alta densidad de potencia y alta eficiencia. La diferencia es que PMSM tiene EMF trasero sinusoidal mientras que BLDC tiene EMF trasero trapezoidal. Los motores síncronos de imán permanente están disponibles para clasificaciones de potencia más altas. PMSM es la mejor opción para aplicaciones de alto rendimiento como automóviles, autobuses. A pesar del alto costo, PMSM está proporcionando una dura competencia a los motores de inducción debido a una mayor eficiencia que estos últimos. PMSM también es más costoso que los motores BLDC. La mayoría de los fabricantes de automóviles utilizan motores PMSM para sus vehículos híbridos y eléctricos.. Por ejemplo, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, zero motorcycles S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3, etc.usan motor PMSM para propulsión.

4. Motores de inducción de CA trifásicos

Los motores de inducción no tienen un toque de arranque alto como los motores de la serie DC bajo voltaje fijo y operación de frecuencia fija. Pero esta característica puede modificarse mediante el uso de varias técnicas de control como FOC o métodos v / f. Al utilizar estos métodos de control, el par máximo está disponible en el arranque del motor, que es adecuado para aplicaciones de tracción. Los motores de inducción de jaula de ardilla tienen una larga vida debido a un menor mantenimiento. Los motores de inducción se pueden diseñar hasta una eficiencia del 92-95%. El inconveniente de un motor de inducción es que requiere un circuito inversor complejo y el control del motor es difícil.

En los motores de imanes permanentes, los imanes contribuyen a la densidad de flujo B. Por lo tanto, ajustar el valor de B en los motores de inducción es fácil en comparación con los motores de imanes permanentes. Esto se debe a que en los motores de inducción el valor de B se puede ajustar variando el voltaje y la frecuencia (V / f) según los requisitos de par. Esto ayuda a reducir las pérdidas, lo que a su vez mejora la eficiencia.

Tesla Model S es el mejor ejemplo para demostrar la capacidad de alto rendimiento de los motores de inducción en comparación con sus homólogos. Al optar por motores de inducción, Tesla podría haber querido eliminar la dependencia de los imanes permanentes. Incluso Mahindra Reva e2o utiliza un motor de inducción trifásico para su propulsión.Los principales fabricantes de automóviles, como los motores TATA, han planeado utilizar motores de inducción en sus automóviles y autobuses. El fabricante de vehículos de dos ruedas TVS Motors lanzará un scooter eléctrico que utiliza un motor de inducción para su propulsión. Los motores de inducción son la opción preferida para los vehículos eléctricos orientados al rendimiento debido a su bajo costo. La otra ventaja es que puede soportar condiciones ambientales adversas. Debido a estas ventajas, los ferrocarriles indios han comenzado a reemplazar sus motores de CC por motores de inducción de CA.

5. Motores de reluctancia conmutados (SRM)

Los motores de reluctancia conmutados son una categoría de motor de reluctancia variable con doble saliencia. Los motores de reluctancia conmutados son de construcción simple y robustos. El rotor del SRM es una pieza de acero laminado sin bobinados ni imanes permanentes. Esto reduce la inercia del rotor, lo que ayuda a una alta aceleración. La naturaleza robusta de SRM lo hace adecuado para aplicaciones de alta velocidad. SRM también ofrece alta densidad de potencia, que son algunas de las características requeridas de los vehículos eléctricos. Dado que el calor generado se limita principalmente al estator, es más fácil enfriar el motor. El mayor inconveniente del SRM es la complejidad en el control y el aumento en el circuito de conmutación.. También tiene algunos problemas de ruido. Una vez que SRM ingrese al mercado comercial, puede reemplazar los motores PMSM y de inducción en el futuro.

Información para seleccionar el motor adecuado para su vehículo eléctrico

Para seleccionar los motores de vehículos eléctricos adecuados, primero hay que enumerar los requisitos de rendimiento que debe cumplir el vehículo, las condiciones de funcionamiento y el costo asociado. Por ejemplo, las aplicaciones de vehículos de karts y de dos ruedas que requieren menos rendimiento (en su mayoría menos de 3 kW) a un bajo costo, es bueno ir con motores BLDC Hub. Para vehículos de tres y dos ruedas, también es bueno elegir motores BLDC con o sin un sistema de engranajes externo. Para aplicaciones de alta potencia como vehículos de dos ruedas de alto rendimiento, automóviles, autobuses y camiones, la opción ideal de motor sería PMSM o motores de inducción. Una vez que el motor de reluctancia síncrono y el motor de reluctancia conmutada se vuelven rentables como motores PMSM o de inducción, entonces se pueden tener más opciones de tipos de motores para aplicaciones de vehículos eléctricos.