El corazón de los vehículos eléctricos: una guía completa sobre los tipos de motores de vehículos eléctricos y la evolución de la tecnología

Cuando se habla de vehículos eléctricos, la autonomía de la batería suele ocupar un lugar central. Sin embargo, la verdadera alma del vehículo, el componente que convierte la energía eléctrica en potencia para conducir, es su motor eléctrico. A diferencia de la relativa uniformidad de los motores de combustión interna durante el siglo pasado, el panorama de los vehículos eléctricos presenta un panorama sofisticado de tecnologías diversas y competitivas. Entonces, "¿Qué tipo de motores se utilizan en los vehículos eléctricos?" La respuesta es una elección que surge de una matriz de compensaciones de ingeniería: eficiencia, costo, rendimiento y sostenibilidad juntos componen esta sinfonía tecnológica. Este artículo proporcionará un análisis en profundidad de las tecnologías de motores EV emergentes y convencionales y lo guiará a una plataforma profesional para una exploración más profunda:www.pumbaaev.com.

​I. Fundamentos técnicos: principios de funcionamiento y características de los dos motores EV convencionales​

Actualmente, más del 95% de los vehículos eléctricos producidos en masa emplean principalmente dos tecnologías de motor: motores síncronos de imanes permanentes y motores de inducción de CA.

​1. Motor síncrono de imanes permanentes (PMSM)​

Como tecnología principal dominante en el mercado actual, el PMSM se utiliza ampliamente para impulsar el eje delantero o trasero debido a su eficiencia excepcional.

• ​Principio técnico básico:​​

  Su rotor está integrado con imanes permanentes de alta resistencia (generalmente hechos de materiales de tierras raras como neodimio-hierro-boro). Cuando los devanados del estator se energizan con corriente alterna trifásica para generar un campo magnético giratorio, el campo magnético permanente del rotor gira en estricta sincronía con él, casi sin diferencia de velocidad (deslizamiento), de ahí el nombre "síncrono". Este "bloqueo" magnético directo es la base de su alta eficiencia.

• ​Análisis en profundidad de las ventajas principales:​

  • ​Máxima eficiencia y alta densidad de potencia:​​ El PMSM mantiene una eficiencia de conversión extremadamente alta (a menudo superior al 95 %) en la mayor parte de su rango operativo, especialmente en los rangos de velocidad media a baja y de torque medio a alto comúnmente utilizados en la conducción urbana. Esto significa menos desperdicio de energía eléctrica, lo que contribuye directamente a una mayor autonomía. Su característica de "tamaño pequeño, alta potencia" también ayuda en el embalaje y aligeramiento de los vehículos.

  • ​Excelente rendimiento de control:​​ Gracias al campo magnético estable de los imanes permanentes, el control del motor es preciso y sensible, ofreciendo una salida de par suave e instantánea para una experiencia de conducción refinada y lineal.

  • ​Necesidades de refrigeración simplificadas:​La principal fuente de calor se encuentra en el estator (devanados), con un calentamiento mínimo del rotor, lo que hace que el diseño del sistema de refrigeración sea relativamente sencillo.

• ​Desafíos:​​

  • ​Dependencia y costo de las tierras raras:​​ Los elementos de tierras raras (p. ej., disprosio, terbio) en los imanes permanentes son caros y su cadena de suministro está concentrada, lo que plantea riesgos geopolíticos y de volatilidad de precios.

  • ​Control complejo de debilitamiento de campo de alta velocidad:​​ A velocidades muy altas, se necesitan estrategias de control adicionales para "debilitar" el campo magnético permanente y evitar un voltaje excesivo, lo que aumenta la complejidad del controlador.

• ​Modelos de aplicación típicos:​​

  Unidad de propulsión trasera en Tesla Model 3/Y, el conjunto de propulsión eléctrica 8 en 1 en BYD Dolphin/Han EV, NIO ET7, XPeng P7 y la mayoría de los modelos eléctricos de Hyundai, Kia, GM y otras marcas.

​2.Motor de inducción de CA (motor asíncrono)​

Inventada por Nikola Tesla y devuelta a la corriente principal por Tesla Motors, esta es una solución clásica, confiable y poderosa.

• ​Principio técnico básico:​​

  Su rotor utiliza una estructura de "jaula de ardilla" hecha de barras conductoras y no contiene imanes permanentes. El campo magnético giratorio del estator induce una corriente en las barras del rotor en cortocircuito. Esta corriente, a su vez, crea el campo magnético del rotor. El campo del rotor "persigue" perpetuamente al campo del estator sin lograr sincronía (hay deslizamiento), de ahí el nombre "asíncrono". Es este deslizamiento el que genera torque.

• ​Análisis en profundidad de las ventajas principales:​

  • ​Costo y durabilidad:​ Construcción simple y robusta, no requiere materiales de tierras raras y, por lo general, tiene costos de fabricación más bajos. Su naturaleza robusta le permite soportar temperaturas extremas más altas y condiciones de sobrecarga, lo que resulta en bajas tasas de falla.

  • ​Rendimiento y confiabilidad de alta velocidad:​ Sin imanes permanentes, no hay riesgo de desmagnetización, lo que lo hace muy adecuado para un funcionamiento sostenido a altas RPM. El control del debilitamiento del campo es inherentemente más simple.

  • ​Bajo mantenimiento y frenado regenerativo:​ Casi no requiere mantenimiento y puede convertir eficientemente la energía cinética en energía eléctrica para la batería durante la marcha por inercia o el frenado.

• ​Desafíos:​​

  • ​Eficiencia de carga parcial:​ Su eficiencia suele ser ligeramente inferior a la del PMSM en condiciones como la navegación con carga baja porque requiere corriente para establecer el campo magnético del rotor (corriente magnetizante).

  • ​Densidad de potencia:​ Para lograr la misma potencia de salida, su tamaño y peso suelen ser ligeramente mayores que los de un PMSM equivalente.

• ​Modelos de aplicación típicos:​​

  Motor del eje delantero en Tesla Model S/X (primeros modelos), algunos modelos Audi e-tron y, a menudo, se utiliza en sistemas de motor dual junto con PMSM en muchos vehículos comerciales eléctricos y automóviles de alto rendimiento para aprovechar sus respectivas fortalezas.

​II. Comparación de tecnologías: la elección estratégica entre PMSM y motor de inducción​

​Tendencia de la industria:​ Muchos fabricantes de automóviles adoptan una estrategia de ​configuración mixta​: en los modelos AWD de doble motor, el eje delantero puede usar un motor de inducción (equilibrando eficiencia y costo), mientras que el eje trasero usa un PMSM (para potencia y eficiencia máximas), o viceversa. Esto permite un rendimiento explosivo en el "Modo ridículo" mientras se basa principalmente en el motor eficiente durante la navegación, logrando un equilibrio óptimo entre rendimiento y alcance.

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III. Estrellas en ascenso y alternativas: tecnologías emergentes de motores para vehículos eléctricos

Para abordar la dependencia de las tierras raras y los obstáculos técnicos, los ingenieros están desarrollando activamente tecnologías de motores de próxima generación:

• ​Motor síncrono excitado eléctricamente (EESM):​​

  Esta es una tecnología prometedora que ofrece "lo mejor de ambos mundos". Reemplaza los imanes permanentes con una ​bobina energizada (electroimán)​ en el rotor. Al controlar la corriente de excitación, la intensidad del campo del rotor se puede ajustar dinámicamente, debilitando el campo a altas velocidades para lograr eficiencia y fortaleciéndolo durante la aceleración para lograr un par máximo. El e-drive de quinta generación de BMW (iX, i4, etc.) y algunos modelos de Renault han comenzado a utilizarlo. Combina alta eficiencia, diseño sin tierras raras y alta controlabilidad, aunque con una estructura ligeramente más compleja.

• ​Motor de reluctancia conmutada (SRM):​​

  Una de las estructuras de motor más simples, tanto el rotor como el estator están hechos de acero laminado al silicio con polos salientes. El ​rotor no tiene imanes ni devanados. El par se genera basándose exclusivamente en el principio de mínima reluctancia magnética. Tiene un gran potencial para un costo ultrabajo, velocidades muy altas y confiabilidad extrema (tolerancia a altas temperaturas). Los principales desafíos son la fluctuación del par que genera ruido y vibración, y un control extremadamente complejo. Actualmente se utiliza principalmente en vehículos comerciales/especiales y es un tema de investigación candente en el mundo académico y la industria.

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IV. Más allá del motor: un sistema de propulsión eléctrica completo​

Elegir un motor para vehículos eléctricos no se trata solo de seleccionar una disposición de imanes o cables de cobre. Se trata de la sinergia de todo el sistema de propulsión eléctrica:

1. ​Inversor:​ El "cerebro" que convierte la energía de CC de la batería en la CA que necesita el motor. El rendimiento de sus módulos IGBT o SiC (carburo de silicio) determina directamente la eficiencia de salida y la capacidad de respuesta del motor.

2. ​Reductor/Caja de cambios:​ Los vehículos eléctricos normalmente solo necesitan un reductor de una sola velocidad, pero su eficiencia de transmisión y su rendimiento NVH (ruido, vibración y aspereza) son cruciales.

3. ​Sistema de gestión térmica:​ El rendimiento sostenido del motor depende de la capacidad de disipación de calor. La tecnología avanzada de refrigeración de aceite se ha convertido en estándar para los motores de alto rendimiento.

4. ​Integración del sistema:​ Los sistemas de propulsión eléctrica "multi-en-uno" altamente integrados (que integran motor, controlador, reductor, cargador a bordo, etc.) son la tendencia actual y ahorran significativamente espacio y peso.

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V. Análisis profundo y adquisición de recursos: de la teoría a la práctica

Para ingenieros, entusiastas avanzados, emprendedores o estudiantes de automoción, comprender estos principios es sólo el primer paso. Si necesita:

• ​Obtener parámetros técnicos detallados para modelos de motores específicos;​

• ​Obtener motores, controladores o sistemas completos de propulsión eléctrica de alta calidad para conversiones o desarrollo de prototipos;​

• ​Conozca la última tecnología en refrigeración de aceite, controladores de SiC o soluciones integradas de eje electrónico;​

• ​Recibir consultas técnicas para proyectos específicos (por ejemplo, conversión de vehículos eléctricos, electrificación de vehículos);​

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Conclusión

Volviendo a la pregunta inicial: ​¿Qué tipo de motores se utilizan en los vehículos eléctricos?​ La respuesta es una matriz tecnológica dinámica. Los motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) dominan debido a su eficiencia de primer nivel; Los motores de inducción de CA mantienen firmemente su lugar en los automóviles de alto rendimiento y configuraciones mixtas gracias a su confiabilidad y capacidades de alta velocidad; mientras que las tecnologías libres de tierras raras como el motor síncrono excitado eléctricamente (EESM) están preparadas para crecer y representar un futuro sostenible. La elección de cada motor refleja los cálculos precisos de un fabricante de automóviles en cuanto a rendimiento, costo, autonomía y seguridad de la cadena de suministro.

La revolución tecnológica de los vehículos eléctricos está lejos de terminar y la evolución de la tecnología del motor será uno de sus principales impulsores. Para seguir el ritmo de esta apasionante transformación tecnológica y convertir el conocimiento en práctica, asegúrese de marcar y visitar ​www.pumbaaev.com​ para obtener la base de conocimientos más avanzada y profesional y el soporte de recursos en sistemas de propulsión de vehículos eléctricos.