Tipi di motori utilizzati nei veicoli elettrici

I veicoli elettrici non sono qualcosa di nuovo in questo mondo, ma con il progresso tecnologico e la crescente preoccupazione per il controllo dell'inquinamento gli hanno conferito un'etichetta di mobilità futura. L'elemento centrale del veicolo elettrico, a parte le batterie per veicoli elettrici, che sostituisce i motori a combustione interna è un motore elettrico. Il rapido sviluppo nel campo dell'elettronica di potenza e delle tecniche di controllo ha creato uno spazio per vari tipi di motori elettrici da utilizzare nei veicoli elettrici. I motori elettrici utilizzati per le applicazioni automobilistiche dovrebbero avere caratteristiche come coppia di spunto elevata, alta densità di potenza, buona efficienza, ecc.

Vari tipi di motori elettrici utilizzati nei veicoli elettrici

Motore serie DC
Motore CC senza spazzole
Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM)
Motori a induzione CA trifase
Motori a riluttanza commutata (SRM)

1. Motore serie CC

L'elevata capacità di coppia di spunto del motore della serie DC lo rende un'opzione adatta per applicazioni di trazione. Era il motore più utilizzato per applicazioni di trazione all'inizio del 1900. I vantaggi di questo motore sono un facile controllo della velocità e può anche sopportare un improvviso aumento del carico. Tutte queste caratteristiche lo rendono un motore di trazione ideale. Lo svantaggio principale del motore della serie DC è l'elevata manutenzione dovuta a spazzole e commutatori. Questi motori sono utilizzati nelle ferrovie indiane. Questo motore rientra nella categoria dei motori CC con spazzole.

2. Motori CC senza spazzole

È simile ai motori CC con magneti permanenti. Si chiama brushless perché non ha il commutatore e la disposizione delle spazzole. La commutazione avviene elettronicamente in questo motore perché i motori BLDC sono esenti da manutenzione. I motori BLDC hanno caratteristiche di trazione come elevata coppia di spunto, alta efficienza intorno al 95-98%, ecc. I motori BLDC sono adatti per un approccio di progettazione ad alta densità di potenza. I motori BLDC sono i motori più preferiti per l'applicazione dei veicoli elettrici per le sue caratteristiche di trazione. Puoi saperne di più sui motori BLDC confrontandolo con il normale motore a spazzole.

I motori BLDC hanno inoltre due tipi:

io. Motore BLDC tipo out-runner:

In questa tipologia il rotore del motore è presente all'esterno e lo statore è presente all'interno. È anche chiamato motori Hub perché la ruota è direttamente collegata al rotore esterno. Questo tipo di motori non richiede il sistema di ingranaggi esterni. In alcuni casi, il motore stesso ha ingranaggi planetari incorporati. Questo motore rende il veicolo nel complesso meno ingombrante in quanto non necessita di alcun sistema di cambio. Elimina anche lo spazio necessario per il montaggio del motore. C'è una restrizione sulle dimensioni del motore che limita la potenza in uscita nella configurazione in-runner. Questo motore è ampiamente preferito dai produttori di biciclette elettriche come Hullikal, Tronx, Spero, biciclette a velocità leggera, ecc. Viene anche utilizzato dai produttori di due ruote come 22 Motors, NDS Eco Motors, ecc.

ii. Motore BLDC tipo in-runner:

In questo tipo il rotore del motore è presente all'interno e lo statore è all'esterno come i motori convenzionali. Questi motori richiedono un sistema di trasmissione esterno per trasferire la potenza alle ruote, per questo la configurazione out-runner è poco ingombrante rispetto alla configurazione interna. Molti produttori di tre ruote come Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive utilizzano motori BLDC. I produttori di scooter a basse e medie prestazioni utilizzano anche motori BLDC per la propulsione.

È per questi motivi che è un motore ampiamente preferito per applicazioni su veicoli elettrici. Lo svantaggio principale è l'alto costo dovuto ai magneti permanenti. Il sovraccarico del motore oltre un certo limite riduce la durata dei magneti permanenti a causa delle condizioni termiche.

3. Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM)

Questo motore è anche simile al motore BLDC che ha magneti permanenti sul rotore. Analogamente ai motori BLDC, questi motori hanno anche caratteristiche di trazione come elevata densità di potenza e alta efficienza. La differenza è che PMSM ha EMF posteriore sinusoidale mentre BLDC ha EMF posteriore trapezoidale. I motori sincroni a magneti permanenti sono disponibili per potenze superiori. PMSM è la scelta migliore per applicazioni ad alte prestazioni come automobili, autobus. Nonostante il costo elevato, il PMSM sta fornendo una forte concorrenza ai motori a induzione grazie alla maggiore efficienza rispetto a questi ultimi. Il PMSM è anche più costoso dei motori BLDC. La maggior parte delle case automobilistiche utilizza motori PMSM per i loro veicoli ibridi ed elettrici. Ad esempio, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, zero motorcycles S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3, ecc. Utilizzano il motore PMSM per la propulsione.

4. Motori a induzione CA trifase

I motori a induzione non hanno una coppia di avviamento elevata come i motori della serie DC con tensione fissa e funzionamento a frequenza fissa. Ma questa caratteristica può essere modificata utilizzando varie tecniche di controllo come i metodi FOC o v / f. Utilizzando questi metodi di controllo, la coppia massima è resa disponibile all'avviamento del motore che è adatta per l'applicazione di trazione. I motori a induzione a gabbia di scoiattolo hanno una lunga durata grazie alla minore manutenzione. I motori a induzione possono essere progettati fino a un'efficienza del 92-95%. Lo svantaggio di un motore a induzione è che richiede un circuito inverter complesso e il controllo del motore è difficile.

Nei motori a magneti permanenti, i magneti contribuiscono alla densità di flusso B. Pertanto, la regolazione del valore di B nei motori a induzione è facile rispetto ai motori a magneti permanenti. È perché nei motori a induzione il valore di B può essere regolato variando la tensione e la frequenza (V / f) in base ai requisiti di coppia. Questo aiuta a ridurre le perdite che a sua volta migliora l'efficienza.

Tesla Model S è il miglior esempio per dimostrare la capacità ad alte prestazioni dei motori a induzione rispetto ai suoi omologhi. Optando per i motori a induzione, Tesla potrebbe aver voluto eliminare la dipendenza dai magneti permanenti. Anche Mahindra Reva e2o utilizza un motore a induzione trifase per la sua propulsione.I principali produttori automobilistici come i motori TATA hanno pianificato di utilizzare motori a induzione nelle loro auto e autobus. Il produttore di due ruote TVS motors lancerà uno scooter elettrico che utilizza il motore a induzione per la sua propulsione. I motori a induzione sono la scelta preferita per i veicoli elettrici orientati alle prestazioni grazie al loro costo contenuto. L'altro vantaggio è che può resistere a condizioni ambientali difficili. A causa di questi vantaggi, le ferrovie indiane hanno iniziato a sostituire i suoi motori CC con motori a induzione CA.

5. Motori a riluttanza commutata (SRM)

Switched Reluctance Motors è una categoria di motori a riluttanza variabile con doppia salienza. I motori a riluttanza commutata sono semplici nella costruzione e robusti. Il rotore dell'SRM è un pezzo di acciaio laminato senza avvolgimenti o magneti permanenti su di esso. Ciò riduce l'inerzia del rotore, il che aiuta nelle accelerazioni elevate. La natura robusta di SRM lo rende adatto per applicazioni ad alta velocità. SRM offre anche un'elevata densità di potenza che sono alcune delle caratteristiche richieste dei veicoli elettrici. Poiché il calore generato è per lo più limitato allo statore, è più facile raffreddare il motore. Il più grande svantaggio dell'SRM è la complessità nel controllo e l'aumento del circuito di commutazione. Ha anche alcuni problemi di rumore. Una volta che SRM entrerà nel mercato commerciale, in futuro potrà sostituire i motori PMSM e a induzione.

Approfondimenti per selezionare il motore giusto per il tuo veicolo elettrico

Per selezionare i motori dei veicoli elettrici appropriati, è necessario innanzitutto elencare i requisiti delle prestazioni che il veicolo deve soddisfare, le condizioni operative e il costo ad esso associato. Ad esempio, per applicazioni su veicoli go-kart e su due ruote che richiedono prestazioni inferiori (per lo più meno di 3 kW) a un costo contenuto, è bene optare per i motori BLDC Hub. Per le tre ruote e le due ruote è bene scegliere anche motori BLDC con o senza sistema di ingranaggi esterni. Per applicazioni ad alta potenza come veicoli a due ruote ad alte prestazioni, automobili, autobus, camion, la scelta ideale del motore sarebbe PMSM o motori a induzione. Una volta che il motore sincrono a riluttanza e il motore a riluttanza commutata sono stati resi convenienti come PMSM o motori a induzione, si possono avere più opzioni di tipi di motore per l'applicazione del veicolo elettrico.