Che tipo di motore utilizza l'auto elettrica?

[Cactusfire]

Ciao ragazzi, sono nuovo nel forum

Ho deciso di porvi questo quesito per me di fondamentale importanza data la stesura di una tesi sulle auto elettriche e data la ricerca sul web condotta in lungo e in largo, non mi ha portato a risultati, vi chiedo

Che tipo di motore utilizza l'auto elettrica? Asincrono trifase, sincrono trifase senza spazzole? Vengono usati insieme? Perché è presente l'inverter?

Spiegatemi in maniera chiara come è composto

 

Modificato 2 Aprile 2017 da Cactusfire

[xtom]

Comincio dalla fine in modo semplice, poi magari altri possono spiegare meglio.

 

Tutte i tipi di batteria forniscono energia elettrica in corrente continua, che potrebbe alimentare direttamente motori elettrici in corrente continua. Il problema è però la regolazione della potenza. I treni e i tram avevano/hanno motori in corrente continua.

 

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Motore_elettrico_di_trazione

 

L'inverter trasforma la corrente continua delle batterie in corrente alternata, per alimentare opportunamente motori elettrici a corrente alternata, che possono essere sincroni o asincroni, regolandone opportunamente la velocità e la potenza.

 

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Inverter

 

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Motore_elettrico

[Cactusfire]

15 minuti fa, xtom dice:

Comincio dalla fine in modo semplice, poi magari altri possono spiegare meglio.

 

Tutte i tipi di batteria forniscono energia elettrica in corrente continua, che potrebbe alimentare direttamente motori elettrici in corrente continua. Il problema è però la regolazione della potenza. I treni e i tram avevano/hanno motori in corrente continua.

 

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Motore_elettrico_di_trazione

 

L'inverter trasforma la corrente continua delle batterie in corrente alternata, per alimentare opportunamente motori elettrici a corrente alternata, che possono essere sincroni o asincroni, regolandone opportunamente la velocità e la potenza.

 

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Inverter

 

https://it.m.wikipedia.org/wiki/Motore_elettrico

Ti ringrazio per la risposta, ma soffermandomi sull'ultima tua parte di messaggio, quando viene utilizzato il motore asincrono e quando quello sincrono? Posso essere usati insieme? Sono di tipo trifase? Perché alcune auto usano un tipo invece di un altro?

Ti ringrazio anticipatamente per le risposte che mi potrai fornire

[stev66]

Normalmente si usa il motore elettrico asincrono perché è quello che meglio gestisce le variazioni di carico ( molto più numerose in un'auto che per esempio su un treno ) .

Inoltre i motori asincrono sono brushless, senza contatti e quindi con minore manutenzione ed usura.

Per motivi di peso ultimamente si usano quelli a magneti permanenti.

[Cactusfire]

3 ore fa, stev66 dice:

Normalmente si usa il motore elettrico asincrono perché è quello che meglio gestisce le variazioni di carico ( molto più numerose in un'auto che per esempio su un treno ) .

Inoltre i motori asincrono sono brushless, senza contatti e quindi con minore manutenzione ed usura.

Per motivi di peso ultimamente si usano quelli a magneti permanenti.

Ed infatti ho letto che in formula E si utilizzano i motori sincrono trifase brushless, ma questi ultimi non si utilizzano maggiormente per la generazione di corrente? 

 

[bik]

18 ore fa, Cactusfire dice:

Ed infatti ho letto che in formula E si utilizzano i motori sincrono trifase brushless, ma questi ultimi non si utilizzano maggiormente per la generazione di corrente? 

 

 

I motori brushless sono in corrente continua, i sincroni trifase sono in corrente alternata, non sono motori brushless.

 

Per l'autotrazione solitamente si usa un motore a corrente continua, o a spazzole o brushless, e in formula E dovrebbero usare dei motori brushless.

 

Il motore sincrono o asincrono a corrente alternata solitamente viene usato nelle applicazioni domestiche o industriali, dove l'alimentazione da rete è a corrente alternata, èd è facile convertire il voltaggio e, tramite inverter, la frequenza di funzionamento.

 

Nell' autotrazione i motori a corrente alternata non portano vantaggi, anche se il rendimento del motore è maggiore occorre trasformare la corrente continua in alternata, trasformazione che abbassa il rendimento, e i motori brushless hanno una coppia di spunto notevolmente maggiore dei motori a corrente alternata (ovviamente a pari dimensioni).

[skid32]

18 minuti fa, bik dice:

 

I motori brushless sono in corrente continua, i sincroni trifase sono in corrente alternata, non sono motori brushless.

 

Per l'autotrazione solitamente si usa un motore a corrente continua, o a spazzole o brushless, e in formula E dovrebbero usare dei motori brushless.

 

Il motore sincrono o asincrono a corrente alternata solitamente viene usato nelle applicazioni domestiche o industriali, dove l'alimentazione da rete è a corrente alternata, èd è facile convertire il voltaggio e, tramite inverter, la frequenza di funzionamento.

 

Nell' autotrazione i motori a corrente alternata non portano vantaggi, anche se il rendimento del motore è maggiore occorre trasformare la corrente continua in alternata, trasformazione che abbassa il rendimento, e i motori brushless hanno una coppia di spunto notevolmente maggiore dei motori a corrente alternata (ovviamente a pari dimensioni).

ni..l 'argomento è tanto complesso

 

toyota ad es usa un sincrono

[J-Gian]

Infatti un sacco di ibride/elettriche utilizzano sincroni, alcune sincroni a magneti permanenti.

 

E inverter a controllarli / convertitori statici per ricaricare le batterie in frenata.

 

In questo modo, oltre ad avere maggior flessibilità di controllo dei motori/generatori, si lavora facilmente con tensioni differenti (medio-basse per le batterie, alte per i motori).

[Control_Zeta]

Se permettete voglio dare un piccolo contributo a questa discussione. Premetto che sono un Ingegnere Meccanico e le mie conoscenze di macchine elettriche sono limitate alle nozioni universitarie a disposizione nella mia recente carriera da studente.

 

Tuttavia da curioso ed appassionato di auto non è difficile notare che, a differenza di quanto accade per i sistemi propulsivi a combustione interna, per quanto riguarda i veicoli mossi integralmente o in combinata da motori/generatori elettrici le soluzioni tecniche utilizzate non sembrano attrarre la curiosità dei potenziali clienti ne tantomeno di chi un auto 'elettrica' la guida già.

 

Eppure se diamo per scontato che nel futuro dell'auto ci sia la propulsione elettrica, declinata in una qulsiasi delle sue forme (full electric, hybrid, hybrid-plug-in) credo sia giusto cercare di sviluppare, anche nei non addetti ai lavori una conoscenza minima dei vari sistemi implementati sulle vetture, specialmente visto che se confrontato con quella dei motori ICE, gli elettrici hanno tutto sommato un livello di complessità minore dell''hardware'.

 

Curiosando in rete ho quindi trovato un interessante articolo, un pò vecchiotto a dire il vero, in cui un ingegnere Tesla spiega in modo piuttosto semplice le principali caratteristiche e problematiche delle due principali tipologie di motori utilizzati nelle applicazioni del settore. In particolare si confrontano le due seguenti tipologie, per le quali ho riassunto brevemente il principio di funzionamento per come lo ricordo, sperando di non dire fesserie.

 

- Motori/generatori Asincroni Trifase in AC, anche detti Motori ad Induzione:

  _Statore: Alimentato in AC trifase con una certa pulsazione (frequenza), agisce da induttore producendo un campo di induzione magnetica B rotante con velocità angolare (detta di sincronismo) ottenuta dividendo la pulsazione dell'alimentazione per il numero di coppie polari presenti sul rotore. Realizzato in materiale ferroso laminato.

 _Rotore: 'sente' il campo magnetico rotante generato dallo statore e pertanto sui suoi avvolgimenti di materiale conduttore si sviluppa una f.e.m. indotta (una tensione) che produrrà a sua volta forze magnetiche tali da metterlo in rotazione per inseguire il campo rotante rotorico. Lo statore e l'albero su cui è calettato sono vincolati a ruotare ad una velocità angolare inferiore a quella di sincronismo (se fosse uguale non si produrrebbe coppia meccanica ne quindi potenza utile). Minore è la differenza tra le velocità del campo rotante e quella del rotore, maggiore sarà il rendimento del motore. Il rotore è generalmente della tipologia a gabbia di scoiattolo realizzato cioè disponendo le barre di conduttore sulla circonferenza esterna del corpo magnetico ferroso laminato e collegandole ai capi con degli anelli anch'essi conduttori che di fatto cortocircuitano le sbarre stesse. Una tale configurazione non richiede alcun collettore per il collegamento elettrico tra il rotore e l'esterno. Possiamo dire quindi che anche tale motore è effettivamente privo di spazzole (brushless). Le uniche resistenze meccaniche sono legate agli attriti di rotolamento dei cuscinetti su cui è poggiato l'albero rotorico.

 _Elettronica di Controllo: generalmente costituita da inverter, svolge principalmente due funzioni: inverte la corrente continua DC fornita dalle batterie in corrente alternata AC per alimentare lo statore; Permette di regolare la frequenza della corrente di alimentazione e quindi la velocità finale dell'albero estendendo il range di funzionamento altrimenti limitato. Inoltre si facilità l'avviamento del motore ottimizzando i valori di coppia di spunto.

  Il funzionamento come generatore di corrente sfrutta lo stesso identico principio ma si realizza invertendo il flusso di potenza. l'input è infatti dato dalla rotazione per effetto di una coppia meccanica all'albero (che può essere proprio quella prelevata dagli organi di trasmissione in fase di frenata rigenerativa o da un motore termico nelle configurazioni ibride) e l'output da una potenza elettrica in uscita dal circuito statorico.

 

- Motori/geneartori Brushless in DC a magneti permanenti:

 Anch'essi costituiti da uno statore con funzione di induttore nei confronti di un rotore interno. In questo caso però l'alimentazione del rotore è in corrente continua e ciò consente tra l'altro di realizzare lo statore come un corpo ferroso massiccio e non più laminato. Una simile alimentazione consente di non dover invertire, almeno inizialmente, la corrente prelevata dalle batterie. Analogamente a quanto visto prima, sullo statore si svilupperà un campo di induzione magnetica rotante ma in questo caso tale rotazione sarà consentita da un sistema di controllo elettronico che commuterà opportunamente la corrente dei circuiti rotorici.  il rotore è dotato di magneti permanenti (materiali che hanno comunque un costo rilevante) che subiranno la suddetta induzione magnetica mettendo in rotazione l'albero su cui sono calettati. In questo tipo di motori non si hanno le limitazioni legate al range di velocità ottenibile che sarà in generale più ampio di quello di un motore asincrono.

 Anche in questo caso invertendo il flusso di potenza si avrà un funzionamento da generatore.

 In sintesi seppure con differenze nel funzionamento e nei materiali usati, le due tipologie viste condividono buona parte dell'hardware, componenti elettronici di controllo compresi.

 

https://www.tesla.com/it_IT/blog/induction-versus-dc-brushless-motors

 

Nell'alrticolo, si spiega quindi che a fronte di una efficienza alla potenza di picco esprimibile maggiore, il motore Brushless DC permette di ottenere efficienze complessive inferiori per via della difficoltà nella regolazione del campo di induzione magnetica B intrinsecamente associata alla presenza dei magneti permanenti.

 

Tuttavia si dice anche che per applicazioni di tipo ibrido, effettivamente i motori Brushless DC risultano ad oggi gli unici utilizzati mentre sistemi che utilizzano motori ad induzione sono i più comuni nei veicoli full electric (Tesla compresa). Non si fa invece alcuna menzione per i motori sincroni.

 

Insomma un parere interessante come interessante la considerazione finale che riguarda il prossimo futuro in cui l'ibrido dovrà vedere aumentate le potenze erogate dalle unità elettriche, per il quale si paventa una integrazione tra le due tecnologie viste sopra.

 

Ci sarebbe poi da considerare gli aspetti legati alla configurazione di tutto il powertrain visto che anche qui non sembra sia avvenuta una convergenza verso soluzioni univoche. Da quello che ho capito, Tesla, almeno nella Model S, dispone di un motore ad induzione e della sua elettronica di controllo, opportunamente refrigerati a liquido tramite un sistema che sfrutta un solo scambiatore per raffreddare appunto il motore, le batterie e il sistema di condizionamento dell'abitacolo. Tale motore è disposto sull'asse posteriore e collegato mediante una semplice riduzione meccanica ad un differenziale meccanico aperto di tipo convenzionale, quindi alle ruote.

Credo esistano però anche soluzioni radicalmente differenti che prevedono ad esempio l'istallazione di un motore direttamente su ciascuna ruota motrice consentendo tramite opportune logiche di controllo di implementare sistemi di torque vectoring e controllo in caso di limitata aderenza molto evolute.

 

Sarei curioso di sapere, magari da chi ne sa molto di più qui sul forum, se attualmente si può dire che una tecnologia abbia prevalso sulle altre o se ciascuna casa sviluppi ancora soluzioni differenti  per quanto riguarda la tipologia di motori, la loro disposizione e la tipologia di batterie utilizzate.

Inoltre secondo voi sarà economicamente sostenibile per le case sviluppare parallelamente piattaforme per vetture 'classiche' o ibride ed altre esclusive per vetture full electric che necessariamente necessiatano di chassis studiati per ospitare enormi pacchi batterie preferibilmente nella zona centrale che permettono però maggiori libertà nella zona frontale lasciando spazio ad eventuali sistemi sospensivi anche sofisticati? O è più verosimile attendersi vetture elettriche sviluppate su piattaforme tradizionali e componentistica elettrica disposta di conseguenza (pacchi batterie nei tunnel centrali e/o nel bagagliaio), come ad esempio su eGolf?

 

In ultimo una curiosità più di carattere economico. Esistono dei produttori di componentistica dedicata, magari con posizioni dominanti a livello mondiale, da cui le case si forniscono di motori, batterie e inverter o ciascuna casa automobilistica sviluppa internamente sia la progettazione che la produzioni di tali componenti? In tal senso c'è un approccio differente tra le case che investono di più sull'elettrico, siano esse Americane (Tesla e GM), Tedesche (Mercedes, BMW e da poco VW), Francesi (Renault) e Giappo-Coreane (Toyota, Kia-Hyundai)?

 

Mi rendo conto di aver posto anche questioni che vanno OT tuttavia spero che qualcuno possa soddisfare anche parzialmente le mie curiosità. Gliene sarei grato.

[motom]

In questo E-book puoi trovare molte informazioni legate alla trazione elettrica/ibrida:

 

www.selidori.com/tech/documento.php?id_doc=416

 

Ciao