2011-01-26 , Autor: Klaus-Ulrich Blumenstock

Tehnologiile viitorului. Domeniul proiectarii electromotoarelor de ultima generatie este unul dintre cele mai importante trenduri lansate odata cu evolutia inexorabila a electromobilelor.


Perceptia generala ca motorul este „inima“ oricarui automobil nu necesita multe explicatii, fiind sugerata, de pilda, chiar în sigla BMW (acronimul lui Bayerische Motoren Werke, adica Uzina Bavareza de Motoare). Nu doar producatorul german considera însa motorul cea mai importanta componenta a expertizei sale actuale, fiindca, odata cu extinderea productiei automobilelor electrice, este posibil ca situatia sa se schimbe.

Toyota este actualmente unicul producator care a luat în propriile maini dezvoltarea motorului electric al hibridului Prius III, în timp ce altii apeleaza la furnizori externi. Pana si Lexus, Divizia de lux a marcii Toyota, achizitioneaza electromotoarele de la Aisin, iar Mercedes face apel la ZF-Sachs, pentru agregatele electrice necesare modelului S 400 Hybrid, si la Zytek, pentru micul Smart ED.

Acestia sunt, de altfel, principalii furnizori specializati în productia, proiectarea si dezvoltarea electromotoarelor necesare sistemelor de propulsie hibride si, în viitorul apropiat, a celor exclusiv electrice. Cel mai frecvent utilizate motoare electrice sunt actualmente cele sincrone, cu rotor intern sau extern – ambele subtipuri apartinand clasei motoarelor de curent alternativ.

Electromotoare de curent alternativ trifazic

Aceasta clasa de motoare este utilizata de multa vreme în industria prelucratoare, pentru antrenarea diverselor masini-unelte (strunguri, freze, bormasini etc.), cu alimentarea asigurata de curentul trifazic de 380 V de la prizele industriale.

În cazul folosirii lor în domeniul auto, este de la sine înteles ca necesitatea conversiei curentului continuu furnizat de bateriile de acumulatoare de la bord în curent trifazic (prin invertoare speciale) implica procese în care se pierde partial energie. Dezvoltarea acestui tip de electromotoare a fost stimulata însa de evolutia rapida a electronicii sistemelor de control responsabile de managementul energiei care circula între baterie si propulsor.

Intensitatea curentului din aceste circuite poate atinge valori de peste 150 de amperi, de circa zece ori mai mare decat cele uzuale din prizele noastre de acasa, asa ca preocuparea principala a proiectantilor este aceea a obtinerii unui randament ridicat si, implicit, a minimizarii pierderilor. Si gabaritul sistemelor electronice de management al energiei mai trebuie redus considerabil, volumul lor fiind în prezent de circa 10 litri. Bosch si Continental se asteapta însa la înjumatatirea acestui volum în urmatorii ani.

Electromotoare asincrone

Avantajul acestei categorii de motoare electrice din clasa celor de curent alternativ consta în simplitatea constructiva si, evident, costul redus de productie, fiindca rotorul motorului asincron este fabricat dintr-un simplu pachet de table si o bobinare scurt-circuitanta cu rol de producere a unui camp magnetic variabil. Defazarea existenta între momentul producerii acestui camp în rotor si cel al magnetizarii statorului este, de fapt, fenomenul care a stat la baza denumirii acestui tip de motor electric. Utilizat îndeosebi pentru propulsia unor prototipuri (exemplu: conceptul BMW X5 Efficient Dynamics din 2004), motorul asincron mai este folosit în prezent doar de costructorul american Tesla, pentru o masina de serie.

Electromotoare sincrone

Acest tip de motor are un randament mai ridicat decat al electromotorului asincron, iar în acest caz turatia rotorului este stabilita... sincron de frecventa campului magnetic produs în stator. Acest mod de comanda presupune circuite de control complexe, dar este preferat de majoritatea producatorilor actualelor masini cu propulsie hibrida ori electrice, trendul dominant fiind cel al motoarelor sincrone cu excitare permanenta – ale caror rotoare sunt construite pe baza unor magneti permanenti.

Costul de fabricatie este destul de ridicat, dar Toyota, Honda, BMW ori Mercedes prefera acest tip de electromotor compact si eficient. Problemele adiacente acestui tip de electromotor nu sunt însa de ordin tehnologic, ci pur strategic, fiindca magnetii permanenti nu pot fi fabricati decat utilizand metale rare (neodim si disprosiu), al caror pret a crescut deja considerabil pe piata mondiala, cumva anticipativ la orizontul boomu­lui previzibil al electromobilelor.

O solutie alternativa este motorul electric sincron cu excitare externa, la care magnetizarea rotorului se face cu ajutorul unui curent suplimentar. Aceasta modalitate de magnetizare conduce însa, evident, la pierderi de energie si cresteri ale costurilor de fabricatie.

Conceptii constructive

Motoarele destinate automobilelor cu propulsie exclusiv electrica sunt amplasate, în general, în pozitie centrala pe puntea motoare, fiind montate „în priza directa“ cu axele cardanice ce transmit puterea rotilor. O asemenea dispunere a propulsorului (montat sub podeaua habitaclului) implica dimensiuni compacte ale motorului electric, cu o forma cilindrica alungita. Nu acesta este însa cazul electromotoarelor produse de ZF-Sachs ori Bosch destinate propulsiilor hibride si a caror forma este discoidala, pentru a putea fi mai usor integrate în spatiul dintre motorul cu ardere interna si cutia de viteze.

În functie de anumite particularitati ale amplasarii lor, aceste electromotoare pot avea rotorul în pozitie interioara ori exterioara în raport cu statorul fixat de carcasa. Exemple: Lexus LS 600h apeleaza la solutia rotorului intern, iar Mercedes S 400 Hybrid – la cea a rotorului extern. Aceasta ultima solutie constructiva este, de altfel, perfect adaptata si motoarelor electrice integrate în butucul rotilor, preferate pentru electromobilele actuale din motivul gabaritului redus.