Por qué las marcas EV líderes prefieren los motores de inducción PMSM sobre

Introducción

La revolución del vehículo eléctrico (EV) está remodelando la industria automotriz. Con el impulso urgente por la energía limpia y el transporte sostenible, el motor del automóvil EV se ha convertido en el corazón de la movilidad moderna. A medida que los fabricantes de automóviles refinan sus tecnologías para el rendimiento, la eficiencia y la longevidad, un componente clave, el motor eléctrico, se ha convertido en un semillero de la innovación. Entre los muchos tipos de motores disponibles, el motor eléctrico síncrono del imán permanente (PMSM) se ha convertido en la mejor opción para muchas marcas EV líderes, superando los motores de inducción previamente favorecidos.

En este blog, exploraremos por qué PMSM se ha convertido en el tipo de motor preferido en EV comparándolo con motores de inducción, analizando su rendimiento, rango y eficiencia. También discutiremos los desafíos asociados con PMSM y lo que depara el futuro para los motores de automóviles EV.

El surgimiento de los motores de automóviles EV en la industria automotriz

La industria automotriz global está experimentando un cambio sísmico. Las regulaciones gubernamentales, las preocupaciones del cambio climático y los avances en la tecnología de la batería han llevado a un aumento en el desarrollo de EV. Central de este cambio es la evolución deEV Motors, que convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico. Estos motores dictan no solo cuán rápido y suave se mueve un vehículo, sino también qué tan lejos puede viajar con una sola carga.

A medida que más fabricantes de automóviles pasan a las plataformas EV, la elección de la tecnología motora se vuelve crítica para lograr la diferenciación en el rendimiento y la eficiencia energética. Si bien existen varios tipos de motores, los motores PMSM y de inducción son los más utilizados en los EV convencionales.

Evolución de las tecnologías de motor eléctrico en los vehículos eléctricos

La tecnología de motor eléctrico en los vehículos se remonta a más de un siglo, pero solo en las últimas dos décadas ha ganado una relevancia generalizada. Los primeros EV utilizaron motores de CC cepillados simples, que eran fáciles de controlar pero ineficientes y de corta duración. Luego vino el motor de inducción de CA, popularizado por Tesla por su robustez y falta de imanes permanentes.

A medida que crecieron la demanda de un mejor rendimiento y el rango más largo, los fabricantes de automóviles comenzaron a explorar arquitecturas de motor avanzadas. El motor eléctrico sincrónico de imán permanente (PMSM) surgió como una solución poderosa, combinando alta eficiencia, densidad de par y compacidad. Estas características hacen de PMSM un candidato destacado en el mercado EV competitivo actual.

¿Qué es un motor eléctrico sincrónico de imán permanente (PMSM)?

Un motor eléctrico sincrónico de imán permanente (PMSM) es un motor de CA que utiliza imanes permanentes incrustados en el rotor para generar un campo magnético constante. A diferencia de otros motores que dependen de los campos magnéticos inducidos, los motores PMSM son "sincrónicos" porque el rotor gira sincronizado con la frecuencia de campo magnético del estator.

Las características clave de PMSM incluyen:

• Alta densidad de potencia
• Excelente relación de par / peso
• Alta eficiencia, especialmente a bajas velocidades
• Operación suave y tranquila

Los imanes, a menudo hechos de materiales de tierras raras como el neodimio, juegan un papel fundamental en la mejora de las capacidades de conversión de energía del motor. PMSM se utiliza en numerosas aplicaciones EV, desde automóviles compactos hasta autos deportivos eléctricos de alto rendimiento.

¿Qué es un motor de inducción?

Un motor de inducción, también conocido como motor asincrónico, funciona con un principio diferente. No usa imanes permanentes. En cambio, se basa en la inducción electromagnética del estator para inducir una corriente en el rotor, lo que crea un campo magnético y causa rotación.

Características clave de los motores de inducción:

• Construcción duradera y simple
• Sin dependencia de los imanes de la tierra rara
• Costos de fabricación iniciales más bajos
• Eficiencia ligeramente menor, particularmente a bajas velocidades

Tesla inicialmente favoreció los motores de inducción, gracias a su durabilidad y menor costo. Sin embargo, a medida que el enfoque cambió a mejorar el rango y el rendimiento, PMSM comenzó a ganar favor debido a su eficiencia energética superior.

Comparación de rendimiento en EV Car Motors

Eficiencia

PMSM generalmente tiene una mayor eficiencia en una gama más amplia de condiciones de funcionamiento. Esto afecta directamente el rango del vehículo, que es una métrica clave para el rendimiento de EV. En contraste, los motores de inducción tienden a consumir más energía, especialmente durante la aceleración y desaceleración frecuentes.

Par y densidad de potencia

PMSM ofrece un par más alto a velocidades más bajas y ofrece una aceleración más rápida. Esto lo hace ideal para condiciones de conducción urbana y modelos EV más deportivos. Los motores de inducción requieren más corriente para lograr niveles de torque similares, lo que puede conducir a un mayor consumo de energía y calor.

Gestión del calor

PMSM funciona más fría que los motores de inducción en la mayoría de las condiciones de carga. Dado que los motores de inducción generan calor debido a las corrientes del rotor, necesitan sistemas de enfriamiento robustos, lo que puede agregar peso y complejidad.

Ruido y vibración

Los motores PMSM son generalmente más tranquilos y suaves, proporcionando una mejor experiencia de manejo, especialmente en los segmentos de EV de lujo.

Control y capacidad de respuesta

La naturaleza síncrona de PMSM permite un control más preciso, esencial para características como frenado regenerativo y vectorización de par dinámico.

Cómo PMSM mejora el rango EV

La ansiedad de rango es una de las barreras más importantes para la adopción de EV. Como tal, aumentar el rango de conducción es una prioridad para los fabricantes de automóviles. Aquí es donde brilla PMSM.

El motor eléctrico sincrónico de imán permanente funciona con una eficiencia más alta, convirtiendo más de la energía de la batería en movimiento y menos en el calor de los residuos. Esto se traduce en:

• Rango de conducción más largo por carga
• Un consumo de energía más bajo por milla
• Carga de sistema de enfriamiento reducido, conservando más energía de la batería

Por ejemplo, las pruebas han demostrado que los EV equipados con PMSM pueden alcanzar un rango de hasta un 10-15% mayor que sus contrapartes motores de inducción utilizando el mismo tamaño de la batería.

Por qué el PMSM es preferido por las marcas EV líderes

Muchos de los principales fabricantes de EV de la actualidad, como BMW, Audi, Hyundai e incluso Tesla en sus modelos más nuevos, están incorporando motores eléctricos síncronos de imán permanentes en sus transmisiones.

Razones de preferencia:

• Eficiencia a escala: PMSM permite a los fabricantes de automóviles mejorar la eficiencia general del vehículo sin aumentar el tamaño de la batería, ayudando a reducir los costos de fabricación y el peso del vehículo.
• Compacidad: los motores PMSM son más pequeños para la misma potencia de salida, que ofrecen flexibilidad en el diseño del vehículo.
• Sensación de conducción premium: la entrega de par suave y la operación tranquila se alinean con los objetivos de muchas marcas EV dirigidas a segmentos de lujo o rendimiento.
• Cumplimiento regulatorio: la eficiencia mejorada ayuda a cumplir con las regulaciones globales de eficiencia energética.
• Sistemas de motor dual: en configuraciones de doble motor (por ejemplo, EV de tracción total), PMSM a menudo se usa en la unidad de accionamiento principal para obtener eficiencia, mientras que los motores de inducción sirven roles secundarios para reducir el uso de material de la tierra rara.

Desafíos de PMSM en aplicaciones EV

A pesar de sus ventajas, los motores PMSM no están exentos de inconvenientes:

Preocupaciones de la cadena de costos y suministro

PMSM depende en gran medida de los imanes de tierras raras, principalmente procedentes de algunos países.

La volatilidad de los precios de los materiales de la Tierra Rara como el neodimio puede afectar el costo general de la producción motora.

Riesgo de desmagnetización

En condiciones extremas de calor o sobrecarga, los imanes pueden perder parcialmente sus propiedades magnéticas, afectando la confiabilidad a largo plazo.

Sistemas de control complejos

PMSM requiere controladores de motor sofisticados para garantizar una sincronización óptima y evitar la ondulación de torque.

Preocupaciones ambientales

La minería y el procesamiento de elementos de tierra rara tienen impactos ambientales significativos, lo que lleva a los fabricantes a explorar materiales alternativos y métodos de reciclaje.

Perspectivas futuras para EV Car Motors

A medida que el mercado de EV continúa evolucionando, el motor eléctrico sincrónico de imán permanente probablemente seguirá siendo una fuerza dominante, gracias a su eficiencia y rendimiento inigualables. Sin embargo, la investigación y la innovación continúan en varias direcciones:

Tendencias para ver:

• Sistemas de motores híbridos: combinar PMSM con otros tipos de motor para un rendimiento óptimo en condiciones variadas.
• PMSM sin tierras raras: desarrollo de motores que usan ferrita u otros materiales alternativos para reducir la dependencia de la tierra rara.
• Algoritmos avanzados de control del motor: sistemas de control impulsados ​​por IA que optimizan aún más la eficiencia del motor y la capacidad de respuesta.
• Soluciones integradas del eje electrónico: PMSM desempeñará un papel central en las soluciones integradas de tren motriz que combinan motor, inversor y caja de cambios en una unidad compacta.

Las startups y los OEM tradicionales están invirtiendo en I + D de motor eléctrico, asegurando que el panorama automotriz de automóviles EV permanezca dinámico y competitivo.

Conclusión

El cambio hacia el transporte sostenible depende de la capacidad de los motores de automóviles EV para ofrecer un mejor rendimiento, eficiencia y confiabilidad. El motor eléctrico sincrónico de imán permanente se ha demostrado como una tecnología superior en estos dominios, ofreciendo ventajas que se alinean estrechamente con los objetivos de las principales marcas EV.

Si bien los desafíos como los costos de material de la tierra rara y las preocupaciones de la cadena de suministro, la industria automotriz continúa abordándolos a través de la innovación, el reciclaje y el abastecimiento estratégico. El equilibrio de potencia, eficiencia y conducción de PMSM lo convierte en una elección convincente, no solo para los EV de hoy, sino para el futuro de la movilidad.

A medida que más fabricantes adoptan PMSM, podemos esperar que los vehículos eléctricos se vuelvan aún más eficientes, receptivos y agradables de impulsar, lo que anula una nueva era de transporte sostenible de alto rendimiento y sostenible.