Capitolo 2 - Motori Elettrici
La frenata rigenerativa è un meccanismo fondamentale per i veicoli elettrici che nessun veicolo a combustione può implementare. Ma che cosa significa frenata rigenerativa?
La frenata rigenerativa è un sistema di recupero dell’energia in frenata che permette di aumentare l’autonomia di un veicolo elettrico: ogni volta che il veicolo rallenta, una parte dell’energia cinetica viene convertita in energia elettrica. La batteria si ricarica quando il conducente solleva il piede dal pedale dell’acceleratore o applica una leggera pressione sul pedale del freno.
La possibilità di trasformare l’energia della guida in energia utile per caricare il veicolo, cioè aggiungere “carburante al serbatoio” semplicemente guidando, è una delle tante qualità e peculiarità dei motori elettrici. Non è certo questa l’unica: scopriamole insieme.
Il numero di veicoli elettrici (EVs) sulle strade è aumentato negli ultimi anni. Questi comprendono:
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BEVs: veicoli elettrici a batteria
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HEVs: veicoli elettrici ibridi
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PHEVs: ibridi plug-in
I classici veicoli con motore a combustione interna, quelli con cui abbiamo più spesso a che fare, si chiamano ICEs. Ogni componente chiave di un EV integra tecnologie che sono o già largamente utilizzate oppure che si prevede diventeranno prevalenti a breve. Nelle auto elettriche a differenza di quelle “classiche” non sono presenti la camera di combustione, il radiatore, il tubo di scappamento, pistoni e candele: il loro meccanismo di moto è molto più semplice!
Filtri
Synchronous Reluctance Motor
non richiede magneti permanenti ed è per questo più economico da produrre
SESM - Separately Excited Synchronous Motor
non hanno motori permanenti nel rotore ma avvolgimenti in rame per cui è possibile controllare il campo magnetico generato dal rotore
BLDC-Motor - Brushless DC Motor
non c’è contatto di elementi elettrici striscianti (spazzole) sull’albero del rotore per funzionare
la variazione del campo magnetico generato dagli avvolgimenti dello statore è elettronicamente generata.
EESM - Electrically Excited Synchronous Motor
non impiega terre rare e si figura un’alternativa sostenibile ad altre configurazioni
PMSM - Permanent Magnet Synchronous Motor
magneti permanenti nel rotore
è il tipo di motore generalmente più utilizzato nei veicoli elettrici
ASM - Asynchronous Motor
il rotore ruota asincronicamente rispetto al campo magnetico generato dallo statore: la differenza di velocità produce un campo magnetico del rotore.
spesso chiamati motori ad induzione
resistono bene alle alte temperature
relativamente economici da produrre.
Ora approfondiamo il funzionamento del
motore sincrono brushless
La struttura
Qualche parola utile:
Inverter: sistema elettrotecnico capace di trasformare corrente diretta in alternata
Statore: parte di un sistema che resta ferma
Rotore: la parte che si muove.
Prendiamo ad esempio un motore modello per spiegarne il funzionamento.
Un motore elettrico è costituito da numerosi elementi elettrotecnici, tra cui:
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batterie: forniscono energia a corrente continua al sistema
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inverter: trasforma l’energia diretta delle batterie in energia a corrente alternata
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bobine: ricevono l’energia dall’inverter e producono un campo magnetico.
Dato che l’energia è alternata, il campo magnetico si dirige ora in un verso, ora nell’altro. Funzionano come elettromagneti.
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magneti permanenti: sono al cuore del sistema. Interagiscono con il campo magnetico prodotto dalle bobine.
Per la Fisica del sistema, entrano in gioco i principi base dell’elettromagnetismo.
1. Magneti e (elettro)magneti si respingono ed attraggono secondo la direzione del campo generato dalle bobine. Il campo magnetico genera una corrente indotta.
2. Quando una forza elettrica è presente in un campo magnetico, si crea una forza. Questa forza di torsione fa ruotare il motore e produce lavoro utile.
Viene impiegato un numero di set di bobine a seconda delle dimensioni dell'albero motore. Generalmente il rapporto è di due magneti a tre bobine.
Renault utilizza fra le varie motori sincroni a magneti permanenti.
Le prestazioni
Questo tipo di motore è vantaggioso perché molto efficiente sia in termini di sfruttamento di energia che di guidabilità: difatti la trazione è alta e rimane sempre costante, anche durante gli sbalzi dovuti all'accelerazione.
Gli svantaggi più facilmente riscontrabili in questi sistemi sono riconducibili non tanto al motore quanto alle batterie utilizzate. Vedi il paragrafo dedicato.