An motore elettricoÈ un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica e, dall'invenzione del primo motore elettrico da parte di Faraday, siamo stati in grado di vivere le nostre vite senza questo dispositivo ovunque.
Oggi le automobili si stanno rapidamente trasformando da dispositivi prevalentemente meccanici a veicoli a propulsione elettrica, e l'utilizzo dei motori nelle auto sta diventando sempre più diffuso. Molte persone potrebbero non essere in grado di indovinare quanti motori siano installati nella propria auto, e la seguente introduzione vi aiuterà a scoprirli.
Applicazioni dei motori nelle automobili
Per scoprire dove si trova il motore nella tua auto, il sedile elettrico è il posto ideale per trovarlo. Nelle auto economiche, i motori in genere forniscono la regolazione avanti e indietro e l'inclinazione dello schienale. Nelle auto premium,motori elettriciÈ possibile controllare la regolazione dell'altezza, ad esempio, l'inclinazione del cuscino della seduta, il supporto lombare, la regolazione del poggiatesta e la rigidità del cuscino, tra le altre funzioni utilizzabili senza motori elettrici. Altre funzioni del sedile che utilizzano motori elettrici includono la chiusura elettrica del sedile e il caricamento elettrico dei sedili posteriori.
I tergicristalli sono l'esempio più comune dimotore elettricoApplicazioni nelle auto moderne. In genere, ogni auto ha almeno un motorino per i tergicristalli anteriori. I tergicristalli posteriori stanno diventando sempre più diffusi nei SUV e nelle auto con portellone posteriore a battente, il che significa che i tergicristalli posteriori e i relativi motori sono presenti nella maggior parte delle auto. Un altro motorino pompa il liquido lavavetri sul parabrezza e, in alcune auto, anche sui fari, che possono avere un proprio piccolo tergicristallo.
Quasi tutte le auto sono dotate di un ventilatore che fa circolare l'aria attraverso l'impianto di riscaldamento e climatizzazione; molti veicoli hanno due o più ventilatori nell'abitacolo. Le auto di fascia alta dispongono anche di ventilatori nei sedili per la ventilazione dei cuscini e la distribuzione del calore.
In passato, i finestrini venivano spesso aperti e chiusi manualmente, ma oggi sono comuni quelli elettrici. In ogni finestrino, compresi quelli del tettuccio apribile e del lunotto posteriore, sono alloggiati dei motori nascosti. Gli attuatori utilizzati per questi finestrini possono essere semplici relè, ma i requisiti di sicurezza (come il rilevamento di ostacoli o il bloccaggio di oggetti) impongono l'utilizzo di attuatori più sofisticati con monitoraggio del movimento e limitazione della forza motrice.
Il passaggio dalle serrature manuali a quelle elettriche sta rendendo le serrature delle auto più pratiche. I vantaggi del controllo motorizzato includono funzionalità comode come l'azionamento a distanza e una maggiore sicurezza e intelligenza, come lo sblocco automatico dopo una collisione. A differenza degli alzacristalli elettrici, le serrature elettriche delle portiere devono mantenere la possibilità di azionamento manuale, il che influenza la progettazione del motore e la struttura della serratura stessa.
Gli indicatori sui cruscotti o sui quadri strumenti si sono evoluti in diodi a emissione di luce (LED) o altri tipi di display, ma ormai ogni quadrante e indicatore utilizza piccoli motori elettrici. Altri motori che contribuiscono al comfort includono funzioni comuni come la ripiegatura e la regolazione della posizione degli specchietti retrovisori laterali, così come applicazioni più particolari come le capote delle auto decappottabili, i pedali retrattili e i divisori in vetro tra guidatore e passeggero.
Sotto il cofano, i motori elettrici stanno diventando sempre più comuni in diverse altre parti. In molti casi, i motori elettrici stanno sostituendo componenti meccanici azionati a cinghia. Esempi includono ventole del radiatore, pompe del carburante, pompe dell'acqua e compressori. Il passaggio da una trasmissione a cinghia a una elettrica offre diversi vantaggi. Uno di questi è che l'utilizzo di motori elettrici nelle moderne apparecchiature elettroniche è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto all'utilizzo di cinghie e pulegge, con conseguenti benefici come un migliore consumo di carburante, un peso ridotto e minori emissioni. Un altro vantaggio è che l'utilizzo di motori elettrici al posto delle cinghie consente una maggiore libertà nella progettazione meccanica, poiché le posizioni di montaggio di pompe e ventole non devono essere vincolate dalla cinghia serpentina che deve essere collegata a ciascuna puleggia.
Tendenze nella tecnologia dei motori a bordo dei veicoli
I motori elettrici sono indispensabili nei punti indicati nello schema sopra e, successivamente, con l'elettrificazione dell'auto e il progresso della guida autonoma e dell'intelligenza artificiale, i motori elettrici saranno sempre più utilizzati nelle automobili, e anche la tipologia di motori impiegati per la trazione si sta evolvendo.
Mentre in passato la maggior parte dei motori delle automobili utilizzava sistemi standard a 12V, i sistemi a doppia tensione a 12V e 48V stanno diventando sempre più diffusi. Il sistema a doppia tensione consente di eliminare alcuni dei carichi di corrente più elevati dalla batteria a 12V. Il vantaggio di utilizzare un'alimentazione a 48V è una riduzione di quattro volte della corrente a parità di potenza, con conseguente riduzione del peso di cavi e avvolgimenti del motore. Le applicazioni con carichi di corrente elevati che possono essere aggiornate all'alimentazione a 48V includono motorini di avviamento, turbocompressori, pompe del carburante, pompe dell'acqua e ventole di raffreddamento. L'installazione di un sistema elettrico a 48V per questi componenti può consentire un risparmio di carburante di circa il 10%.
Comprensione delle tipologie di motori
Applicazioni diverse richiedono motori diversi, e i motori possono essere classificati in vari modi.
1. Classificazione in base alla fonte di alimentazione - A seconda della fonte di alimentazione, il motore può essere classificato in motori a corrente continua (CC) e motori a corrente alternata (CA). Tra questi, i motori a corrente alternata si dividono ulteriormente in motori monofase e motori trifase.
2. In base al principio di funzionamento, i motori possono essere suddivisi in motori a corrente continua (CC), motori asincroni e motori sincroni. I motori sincroni possono essere ulteriormente suddivisi in motori sincroni a magneti permanenti, motori sincroni a riluttanza e motori a isteresi. I motori asincroni possono essere suddivisi in motori a induzione e motori a corrente alternata con commutatore.
3. Classificazione in base alla modalità di avviamento e di funzionamento - i motori, in base alla modalità di avviamento e di funzionamento, possono essere suddivisi in motori asincroni monofase ad avviamento con condensatore, motori asincroni monofase a funzionamento continuo con condensatore, motori asincroni monofase ad avviamento con condensatore e motori asincroni monofase a fase sdoppiata.
4. Classificazione in base all'uso - i motori elettrici possono essere suddivisi in motori di azionamento e motori di controllo in base all'uso. I motori di azionamento si dividono in utensili elettrici (tra cui trapani, lucidatrici, smerigliatrici, scanalatrici, tagliatrici, alesatori e altri utensili), elettrodomestici (tra cui lavatrici, ventilatori, frigoriferi, condizionatori d'aria, registratori a nastro, videoregistratori, lettori DVD, aspirapolvere, macchine fotografiche, asciugacapelli, rasoi elettrici, ecc.) e altri piccoli macchinari e attrezzature di uso generale (tra cui una varietà di piccole macchine utensili, piccoli macchinari, apparecchiature mediche, strumenti elettronici, ecc.). I motori di controllo si dividono in motori passo-passo e servomotori.
5. Classificazione in base alla struttura del rotore - i motori, in base alla struttura del rotore, possono essere suddivisi in motori a induzione a gabbia (il vecchio standard li chiamava motori asincroni a gabbia di scoiattolo) e motori a induzione a rotore avvolto (il vecchio standard li chiamava motori asincroni a filo avvolto).
6. Classificazione in base alla velocità di funzionamento - i motori, in base alla velocità di funzionamento, possono essere suddivisi in motori ad alta velocità, motori a bassa velocità, motori a velocità costante e motori a velocità variabile.
Attualmente, la maggior parte dei motori utilizzati nelle applicazioni per la carrozzeria automobilistica impiega motori a corrente continua con spazzole, una soluzione tradizionale. Questi motori sono semplici da azionare e relativamente economici grazie alla funzione di commutazione fornita dalle spazzole. In alcune applicazioni, i motori a corrente continua senza spazzole (BLDC) offrono vantaggi significativi in termini di densità di potenza, riducendo il peso, migliorando l'efficienza dei consumi e diminuendo le emissioni. Per questo motivo, i produttori scelgono di utilizzare i motori BLDC nei tergicristalli, nei ventilatori e nelle pompe degli impianti di riscaldamento, ventilazione e climatizzazione (HVAC) dell'abitacolo. In queste applicazioni, i motori tendono a funzionare per lunghi periodi, a differenza dei motori a spazzole che operano in modo intermittente, come ad esempio nei finestrini elettrici o nei sedili elettrici, dove la semplicità e la convenienza dei motori a spazzole continuano a rappresentare un vantaggio.
Motori elettrici adatti ai veicoli elettrici
Il passaggio da veicoli a basso consumo di carburante a veicoli puramente elettrici comporterà un ritorno ai motori a combustione interna, che diventeranno il cuore pulsante dell'automobile.
Il sistema di azionamento del motore è il cuore di un veicolo elettrico e si compone di un motore, un convertitore di potenza, vari sensori di rilevamento e un alimentatore. I motori adatti per i veicoli elettrici includono: motori a corrente continua (CC), motori CC senza spazzole, motori asincroni, motori sincroni a magneti permanenti e motori a riluttanza commutata.
Il motore a corrente continua (CC) è un motore che converte l'energia elettrica continua in energia meccanica ed è ampiamente utilizzato nei sistemi di trazione elettrica grazie alle sue buone prestazioni di regolazione della velocità. Presenta inoltre una coppia di avviamento elevata e un controllo relativamente semplice; pertanto, è adatto all'utilizzo di motori a corrente continua in qualsiasi macchinario che si avvii sotto carico elevato o che richieda una regolazione uniforme della velocità, come ad esempio grandi laminatoi reversibili, argani, locomotive elettriche, tram e simili.
Il motore brushless a corrente continua (BDC) è molto adatto alle caratteristiche di carico dei veicoli elettrici, grazie alla sua elevata coppia a bassa velocità, che gli consente di fornire una coppia di avviamento elevata per soddisfare i requisiti di accelerazione dei veicoli elettrici. Allo stesso tempo, può funzionare in un ampio intervallo di velocità, da bassa ad alta, e presenta un'elevata efficienza, soprattutto in condizioni di carico ridotto. Lo svantaggio principale è che il motore stesso è più complesso di un motore a corrente alternata (AC) e il controller è più complesso di un motore a corrente continua con spazzole.
Il motore asincrono, detto anche motore a induzione, è un dispositivo in cui il rotore è immerso in un campo magnetico rotante e, sotto l'azione di tale campo, si genera una coppia motrice che fa ruotare il rotore. La struttura del motore asincrono è semplice, facile da produrre e manutenere, presenta caratteristiche di carico a velocità pressoché costante e può soddisfare i requisiti di azionamento della maggior parte dei macchinari industriali e agricoli. Tuttavia, la velocità del motore asincrono e la velocità del motore sincrono, rispetto a quella del motore sincrono, hanno una velocità di rotazione fissa, il che limita la possibilità di regolazione della velocità e lo rende meno economico e flessibile rispetto ai motori a corrente continua. Inoltre, nelle applicazioni ad alta potenza e bassa velocità, i motori asincroni risultano meno adatti rispetto ai motori sincroni.
Il motore sincrono a magneti permanenti è un motore sincrono che genera un campo magnetico rotante sincrono mediante l'eccitazione di magneti permanenti, che fungono da rotore per generare un campo magnetico rotante. Gli avvolgimenti trifase dello statore reagiscono attraverso l'armatura sotto l'azione del campo magnetico rotante, inducendo correnti trifase simmetriche. Il motore a magneti permanenti è di dimensioni ridotte, leggero, con bassa inerzia rotante e alta densità di potenza, il che lo rende adatto ai veicoli elettrici con spazio limitato. Inoltre, presenta un elevato rapporto coppia/inerzia, una forte capacità di sovraccarico e un'elevata coppia in uscita, soprattutto a bassi regimi di rotazione, il che lo rende adatto all'accelerazione in fase di avviamento dei veicoli a guida autonoma. Pertanto, i motori a magneti permanenti sono ampiamente riconosciuti dalle associazioni nazionali e internazionali del settore dei veicoli elettrici e sono utilizzati in numerosi veicoli elettrici. Ad esempio, la maggior parte dei veicoli elettrici in Giappone è alimentata da motori a magneti permanenti, utilizzati nella Toyota Prius ibrida.
Data di pubblicazione: 31 gennaio 2024