Motore elettrico
Il trionfo dell'essenziale
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Di motori elettrici ne esistono di molti tipi, ma il loro principio di funzionamento è sempre lo stesso. Quando una spira (un cavo avvolto ad anello) soggetta a un campo magnetico è percorsa dalla corrente elettrica, viene sottoposta a forze che la fanno ruotare. Se le spire sono numerose e sono avvolte intorno a un nucleo con un albero, quest'ultimo viene messo in rotazione, producendo potenza e coppia. Il motore elettrico offre molti vantaggi. La prima peculiarità è che, a differenza di quello termico, non deve ruotare a vuoto al minimo, ma parte subito, senza che sia necessario scollegarlo dalla trasmissione del veicolo. Poi, il fatto che l'erogazione della coppia sia massima già allo spunto lo rende ideale per la trazione: non c'è, infatti, bisogno del cambio. Serve solo un riduttore, per moltiplicare la coppia disponibile alle ruote, che girano più lentamente del motore stesso. Il propulsore elettrico, dunque, è semplice e compatto, cosa che comporta anche una minore complessità delle auto a corrente rispetto a quelle con motore termico. E ha due ricadute positive importanti: minori costi di produzione e assenza di manutenzione. Inoltre, il sistema funziona anche al contrario: se si applicano forze che mettono in rotazione la spira in un campo magnetico, in essa si genera energia elettrica. Quindi, funziona anche da generatore, consentendo di recuperare energia cinetica nelle fasi di rilascio e frenata e di caricare la batteria.

Gli elementi. Le parti fondamentali di un motore elettrico sono il rotore e lo statore. Il primo segue il movimento del campo magnetico in cui è immerso, generato dallo statore, erogando la potenza meccanica che viene trasmessa alle ruote dell’auto. Lo statore, invece, è costituito da conduttori di rame, isolati e avvolti intorno a un nucleo di materiale ferromagnetico, e ha il compito di creare un campo magnetico rotante, in cui agisce il rotore.

Soluzioni diverse. Un motore elettrico può essere sincrono o asincrono. Nel primo, la velocità di rotazione dell’asse è vincolata rigidamente alla frequenza della corrente di alimentazione. In quello asincrono, invece, la velocità di rotazione è lievemente minore di quella del campo rotante. Un’altra distinzione importante è quella tra il motore a magneti permanenti e il motore a induzione. Nel motore a magneti permanenti, il campo magnetico rotante è creato da nuclei di ferro magnetico, circondati da avvolgimenti di rame, percorsi dalla corrente elettrica che alimenta il propulsore. Il rotore del motore a magneti permanenti prevede la presenza di numerose placchette di materiale magnetico, inserite nella cavità di dischi di acciaio laminato. Pure nei motori asincroni, detti anche a induzione, la corrente di alimentazione viene inviata agli avvolgimenti fissi dello statore, che creano un campo magnetico rotante: per induzione magnetica, anche nel rotore, costituito da barre di alluminio o di rame, si genera un campo magnetico, che ruota a velocità lievemente inferiore al primo.

Quello che serve sapere

Che vantaggi e svantaggi presenta il motore a magneti permanenti? 
È un propulsore molto affidabile e privo di manutenzione: nei modelli attuali a corrente alternata trifase, infatti, quest'ultima viene inviata agli avvolgimenti fissi dello statore, che creano un campo magnetico rotante. In tal modo si può fare a meno delle spazzole, utilizzate nelle macchine a corrente continua, che, strisciando sul collettore a lamelle, sono soggette a usura. Il motore a magneti permanenti è più costoso e difficile da costruire di quello asincrono (o a induzione), ma ha un rendimento più alto, soprattutto a carichi elevati.

A che cosa serve l'inverter? 
In passato, i motori a corrente alternata trifase non potevano essere usati sulle auto a batteria, perché quest'ultima eroga corrente continua. Il problema è stato risolto con gli inverter, dispositivi che hanno il compito di convertire la corrente continua in alternata: aggiungendo un controller, possono pure variarne la frequenza.

Quali sono i motori più diffusi sulle auto elettriche? 
Quelli sincroni a magneti permanenti, grazie al loro elevato rendimento e alla favorevole erogazione della coppia, che è massima allo spunto, ma resta alta anche all'aumentare dei giri.

COMMENTI

  • Il motivo per cui le auto elettriche, pur essendo come materiali e problemi costruttivi molto più economiche di quelle a motore termico, costano ancora molto, dipende dal fatto che sono un prodotto nuovo a tecnologia nuova, e i grandi investimenti fatti per per ricerca, sviluppo, disegno e progettazione devono essere ammortizzati (recuperati). Via via che i capitali investiti vengono recuperati, il costo dei prodotti andrà sempre più avvicinandosi ai meri costi dei materiali costituenti il prodotto, e che nel caso delle auto dei motori elettrici, in buona sostanza si riduco ad un po' di ferro ed un po' di rame. E' un processo che si manifesta con ogni nuovo progetto-prodotto tecnologico: all'inizio, alla produzione dei primi esemplari, questi sono "sempre" molto costosi. Via via che si vanno recuperando i costi dell'investimento per il loro sviluppo, i costi crollano significativamente. E' successo così anche con i computer, i telefonini, i televisori a colori: all'inizio solo i ricchi se li potevano permettere, oggi un televisore con grandi schermi costa molto poco, tanto che in casa se ne hanno più di uno... e sono destinati a diventare ancora più economici (dopotutto sono fatti di materiale vile: cartone, plastica ed un po' di vetro... c'è ancora spazio per significativi riduzione di costi.... alla fine saranno quasi regalati). Così per le auto elettriche: offrono talmente tanti vantaggi che è impossibile che non si affermino.... anzi, i costi futuri saranno essenzialmente determinati dai costi di smaltimento delle batterie, che è un problema di non poca valenza (come per le centrali atomiche: lo smaltimento delle scorie è un grosso e costoso problema, ed ancora difficile da risolvere soddisfacentemente). Questo da conto anche della grande importanza che rivestono gli investimenti per ricerca e sviluppo, che nella tecnologia, sono quelli che determinano inizialmente il costo del prodotto finale. Questo spiega anche del perchè più uno Stato investe in ricerca e sviluppo, meno lo devono fare le aziende che creano i beni, e quindi più rapido è il processo di recupero dei costi e quindi di abbattimento dei prezzi dei prodotti e quindi diffusione e fruizione di essi. Sono un ingegnere elettronico, e so di cosa parlo: vi comunico che siete inesorabilmente destinati a comperarvi una auto elettrica, prima o poi.... il prima o il poi... dipende solo dal...vostro reddito.
  • Allora mi chiedo, se c'è tutto questo risparmio, in tutti i sensi, perchè le auto elettriche costano tanto di più di quelle con motore termico?
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  • "Quando una spira (un cavo avvolto ad anello) soggetta a un campo magnetico è percorsa dalla corrente elettrica, viene sottoposta a forze che la fanno ruotare" Non è del tutto corretto: il campo magnetico deve essere variabile se no la spira percorsa da corrente non ruota per niente. È la variazione del campo magnetico a creare le forze non il campo in sé. Cordiali saluti
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