Motore a magneti permanenti o sincrono a rotore avvolto? Qual è meglio e in cosa differiscono? Alla domanda di Leonardo risponde il professorò Massimo Ceraolo, che ringraziamo. Inviate i quesiti a info@vaielettrico.it
La mia Megane E-Tech ha un motore diverso…
“Salve a tutti , è da un po’ che vi seguo e devo ringraziarvi per le molte info che date, complimenti. Vorrei farvi una domanda. Ho acquistato una Renault Megane e-tech, dopo tanti dubbi su quale modello scegliere… Mi sono accorto solo ora che il motore è diverso dal solito a magneti permanenti, ma è sincrono a rotore avvolto. Ho letto un po’ su Internet la differenza, ma non riesco a capire se sia migliore o meno oppure se può avere delle criticità. Grazie.„ Leonardo
Due diverse tecnologie con vantaggi e svantaggi: fossi in lei non mi preoccuperei
Risponde Massimo Ceraolo, professore di Veicoli elettrici e ibridi all’Università di Pisa- La tecnica cerca sempre di andare avanti e trovare nuove soluzioni. Sia i motori a magneti permanenti che a rotore avvolto sono eccellenti, ma presentano, l’uno rispetto all’altro, taluni vantaggi e svantaggi.
La differenza principale non ha a che vedere con le prestazioni, ma con il fatto che i costruttori cercano di liberarsi dalla dipendenza dalle terre rare necessaire per la costruzione dei magneti, che hanno un prezzo molto volatile. Per questo alcuni hanno pensato di abbandonare quelli a magneti permanenti.
Inoltre l’efficienza è un po’ diversa fra i due motori, essendo tendenzialmente più alta, quindi migliore, per quelli a magneti permanenti alle basse velocità (mancano perdite di energia per magnetizzazione), per quelli a rotore avvolto alle alte (non richiedono di dover impegnare parte delle correnti di statore per smagnetizzare).
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Un’altra differenza, importante solo per alcune tipologie di veicoli, è che i motori a rotore avvolto si prestano meglio a essere disattivati. Ad esempio nei veicoli a quattro ruote motrici quando se ne vogliano disattivare due. Infatti i magneti permanenti non si possono “spegnere”, e producono quindi tensione sempre quando girano, mentre i motori a rotore si disattivano agevolmente evitando di inviare corrente al circuito di eccitazione.
Ma (salvo l’ultima questione che però non riguarda il caso di veicoli a due sole ruote motrici) sono differenze minimali delle quali ritengo un utente finale non si debba preoccupare in alcun modo.
Comunque il mondo dei motori elettrici è in continua evoluzione. Il fatto è che il rendimento considerato come rapporto fra energia erogata e forza generata è praticamente al capolinea, un motore elettrico ha valori altissimi che potranno essre affinati ma parliamo di valori irrisori. Il campo dove ci sarà evoluzione sarà quello di peso e dimensioni insieme all’eliminazione di materiali rari. In questo caso meno materiali meno peso e meno spesa potrebbe portare ad una diminuzione del costo della bev
La strada seguita dalla maggior parte dei costruttori è una progressiva riduzione dell’utilizzo di terre rare sia lavorando sulla composizione dei magneti riducendone la percentuale, sia riducendo proprio il materiale magnetico impiegato nel motore, sfruttando la forma del rotore per creare una componente di coppia dovuta alla differenza di riluttanza tra asse diretto e quadratura (PMa-SynRel motors).
In pratica, tecnicismi a parte, si ottiene un motore un po’ meno efficiente a bassa velocità perchè parte della corrente viene usata per magnetizzare il motore, ma un po’ più efficiente ad alta velocità perchè c’è meno bisogno di deflussare: inoltre si risparmia sul costo dei magneti.
Che io sappia è quello che stanno cercando di fare un po’ tutti i costruttori in questo momento. Certo l’approccio Renault è più radicale: ha dei vantaggi, ma anche degli svantaggi perchè dubito che l’efficienza e la potenza specifica di tale motore sia a livello delle tradizionali macchine a magneti permanenti. Però sicuramente risparmiano sui costi e la perdita di efficienza potrebbe essere tutto sommato poco significativa.
Non vorrei dire una castroneria, ma credo che i motori sincroni a rotore avvolto abbiano anche efficienza più alta in modalità “generatore”.
Inoltre dovrebbe essere possibile modulare la corrente sul rotore (e quindi la forza del campo magnetico) per modificare la coppia massima in frenata.
Caro sig Paolo, i motori usati in auto trazione sono a Rotore avvolto al posto dei Magneti Permanenti ma sono ad autoindunzione cioè privi di contatti elettrici.
Sono infatti definiti Brushless…
sulla Zoe ci sono le spazzole
ma si parla di un intervento di sostituzione a 100mila km,
con tempo di intervento di qualche minuto.
quando ci arrivo…vi dico! 🙂
I motori brushless hanno i magneti.
/// Un’altra differenza, importante solo per alcune tipologie di veicoli, è che i motori a rotore avvolto si prestano meglio a essere disattivati. Ad esempio nei veicoli a quattro ruote motrici quando se ne vogliano disattivare due. Infatti i magneti permanenti non si possono “spegnere”, e producono quindi tensione sempre quando girano, mentre i motori a rotore si disattivano agevolmente evitando di inviare corrente al circuito di eccitazione \\\ Credo che questo aspetto sia importante quando – senza carro attrezzi a disposizione – si deve spostare un BEV rimasto “senza motore” per batteria scarica o altro
Salve Luigi, vorrei tranquillizzarti, i Motori a Magneti Permanenti non è che quando ruotano a vuoto generano un atttrito tale da bloccarsi. In reatà possono produrre energia ad ogni rallentamento e la stessa può essere immagazzinata.
Spostare un motore a Magneti Permanenti (non utilizzato) risulta agevole quanto uno a Rotore avvolto ad indunzione. Non cambia nulla.
Inoltre non ritengo propriamente esatto quanto indicato dal Prof. non me ne voglia…
I Motori a Magneti Permanenti possono essere resi inoffensivi tanto quanto quelli a Rotore Avvolto. E’ solo uan questione di tecnica. Basta non chiudere il circuito di uscita degli Avvolgimenti di Statore. In tal modo non si crea nessuna corrente circolante e quindi nessuna resistenza.
Anzi questa caratteristica (molto Importante..) può essere controllata per essere sfruttata e creare un vero e proprio freno magnetico. Oltre a generare energia ad ogni frenata e rallentemento per aumentare tanto la durata delle batterie…
Tutto questo sta già avvenendo sui motori di Formula E (la Formula 1 elettrica), tecnologie queste che a breve le troveremo sulle Auto di tutti i giorni..
Ovviamente ad auto spenta lo statore del motore deve essere aperto, cosa che comunque avverrebbe in ogni caso in quanto l’inverter di trazione, da spento, blocca il passaggio di corrente avendo tutti i semiconduttori in stato di blocco.
Il problema è però la forza elettromotrice indotta che, in assenza di alimentazione, è proprorzionale alla velocità di rotazione del motore stesso. Con motore che gira a vuoto, tale fem, raggiunge il valore nominale poco dopo la velocità di base. Considerando che normalmente nei motori AC Brushless a magneti permanenti la velocità massima raggiungibile può essere varie volte la velocità di base, grazie al deflussaggio ottenuto introducendo un opportuno sfasamento della corrente di statore, in pratica lo stesso motore disalimentato può ruotare a velocità molto inferiore rispetto a quella raggiungibile nel funzionamento normale. Ciò, si traduce, in pratica, nella impossibilità di rimorchiare un auto elettrica dotata di tale motore sull’asse di trazione a meno che la velocità non sia bassa (30-40 all’ora o giù di lì, dipende dal caso specifico).
Dimenticavo. Per quanto riguarda invece il discorso del freno magentico, qualsiasi motore elettrico può essere impiegato da freno, o per meglio dire da generatore, recuperando energia durante le frenate: non serve nessuna tecnologia particolare e viene già fatto in tutte le auto elettriche in commercio.
Spiegazioni molto interessanti, ringrazio Carletto e Riccardo per gli approfondimenti. Probabilmente spostando un BEV con motore disattivato e per un lungo tratto si rischia di danneggiare piú la trasmissione che il motore stesso..
Ringraziando il professor Ceraolo, vorrei far notare che al di là della sua sacrosanta e condivisible risposta il tema in sè ha una sua importanza e un suo interesse.
E meriterebbe di essere sviscerato un po’ più nei particolari.
Sarei veramente grato al professore se a questo punto ci accordasse il suo tempo e la sua fatica.
In particolare, al di là della questione prestazionale che tutto sommato è ininfluente, ritengo che sarebbe importante affrontare gli argomenti legati a:
materie necesarie per costruire i due motori (cosa abbiamo in Europa e cosa no, quale dei due motori ci permette di essere “indipendenti”?)
disponibilità e “lavorabilità” delle medesime (vedi sopra)
aspetti strategici a livello commerciale e produttivo (es: uno magari è meno efficiente dell’altro, ma se con il rotore avvolto ci liberiamo da una dipendenza strategica non vale la pena di considerarlo come più interessante? quale dei due generalmente costa di meno in fase di produzione?)
aspetti “ecologici” della questione (quale dei due motori impatta meno nell’intero cicli di produzione?)
Aspetti legati all’efficienza (marginale perchè tutto sommato i dati saranno simili, ma merita considerazione capire quale può essere il più efficiente)
Varie ed eventuali che vi invito ad aggiungere.
Ricordiamoci anche che quasi tutti i motori a rotore avvolto sono dotati i spazzole e d anelli di contatto (come il classico alternatore): questo significa che ogni tanto (50 – 90’000 km o 2 – 4 anni) bisogna controllarne lo stato di usura.
Se è così non mi piace per niente
Dai Fares, sai che sbattimento…
Se il progetto è fatto da uno minimamente intelligente, questo fa un gruppo spazzole-portaspazzole che viene giù con due viti M6. Tempo di sostituzione: 5 minuti. Ogni x-mila chilometri.
Devo approfondire la questione perchè apprezzo la diminuzione di manutenzione dei moderni brushless.
Faccio un esempio immobiliare:
nei secoli passati si usavano gli scuri sulle finestre arrivando alla comodità delle tapparelle motorizzate (gestibili anche da remoto). Poi di nuovo gli scuri.
Tralasciando i gusti estetici personali, trovo gli scuri più scomodi e meno longevi.
Se poi fosse inevitabile per questioni ambientali o normative, non sarebbe una tragedia 😉
Nulla è inevitabile.
Ma se non avere magnetipermanenti ti tiene fuori da problemi di ordine “costruttivo-logistico-internazionale-strategico”, magari incidentalmente ti abbassa i costi e perchè no ha un minore impatto ambientale complessivo… Se la cosa è a sostanziale parità di prestazioni allora perchè no?
Da molti anni esiste anche la tecnologia “brushless”. Immagiono sia stata adottata per i motori con rotore avvolto delle auto elettriche.
Non si può fare. Se vuoi un motore senza spazzole devi usare i magneti permanenti.
Mi riferivo a questa tecnologia:
https://www.mdpi.com/2032-6653/14/4/81/pdf
senza spazzole e senza magneti permanenti.
È una tecnologia applicata da molti anni nei generatori e motori industriali e alternatori di piccola potenza (quelli delle auto con motore termico).
Non so se è già applicata nei motori delle auto elettriche.
Soluzione brillante e che, mea culpa, non conoscevo! Grazie per l’interessantissima segnalazione!
I motori a rotore avvolto di Renault usano gli avvolgimenti interni, quelli del rotore, per generare il campo magnetico fisso. Non dovendo invertire le polarità le spazzole scorrono su anelli lisci e il consumo è trascurabile. La durata di vita delle spazzole è superiore a quella dell’auto. Un altro enorme vantaggio è che coi magneti permanenti il campo è fisso e sempre molto potente mentre con il rotore avvolto è possibile modulare la corrente negli avvolgimenti per generare l’intensità desiderata. Non ci sono metalli rari ma solo avvolgimenti di rame. Inoltre Renault usa gli avvolgimenti del motore come induttanze per il sistema di ricarica quando l’auto è ferma e connessa alla rete elettrica, altri soldi e peso risparmiati , per esempio permette ad un’auto piccola come la mia Twingo di caricare a 22 kW
“Renault usa gli avvolgimenti del motore come induttanze per il sistema di ricarica”
Non lo sapevo, grazie, mi sembra molto eco-intelligente
Non del tutto, dato che la dispersione ai bassi amperaggi in monofase è elevata, o meglio: solo agli alti amperaggi e in trifase diventa accettabile. La Zoe R110 a 10A arriva ad avere dispersioni del 30%, quando una Tesla a quegli amperaggi si avvicina già al 5%. https://canze.fisch.lu/2020/07/07/charger-efficiency/
Concordo in pieno col sig. Baccarini. E’ una comodità ma non molto efficente, anzi.
Ovviamente la Twingo alle colonnine ricarica a 10 A monofase, giusto? Sono stupido io che quando ci vado uso la 22 kW trifase.
Beati quelli che hanno la Tesla, cura qualsiasi male, pure l’artrosi
Ecco, per esempio una domanda interessante sarebbe: come si può risolvere questo problema tenendosi comunque in canna la facoltà di ricaricare senza ulteriori particolari dotazioni tecniche fino a 22 kw in AC?
Ilario
Mi riferivo, credevo ovviamente, ad una ricarica casalinga dove molto difficilmente si supereranno i 6kW e solo avendo una Wallbox, tagliando fuori tutti quelli che non hanno il contratto da 6kW o hanno magari il contatore da 1,5 in garage.
Una Zoe alla colonnina AC “batte” indiscutibilmente anche una Model X… È un plus che hanno le Zoe (e le Megane etc).
Alessandro D.
Non ho idea se si possa avere capra e cavoli, cioè un sistema efficiente ed economico/compatto-leggero.
Tesla ha 3 trasformatori on board ognuno da 3,6kW monofase. Se ricarichi in trifase li attiva tutti e 3 contemporaneamente (e il minimo è 5A, quindi 6kW complessivi), se in monofase attiva il secondo a partire da 17A (immagino a quel punto li bilanci e faccia 8,5A a testa) e attiva il terzo a partire da 25A (idem, farà 8,5 per ognuno). Questo gli permette di sfruttarli nella curva di efficienza più alta. Se dovesse gestire 22kW dovrebbero essere da 7,3 kW l’uno e quindi nella ricarica casalinga sarebbero probabilmente a meno del 50% di carico ma metterne addirittura 6 sarebbe un certo costo e un certo peso/volume, per cui si è scelto di limitare a 11kW, dato che la contropartita è di accettare in DC dalla sua rete dedicata fino a 170kW per la RWD/SR+ e fino a 250kW per la Long Range/Performance (e sono valori non teorici ma raggiungibili).
Mi scuso per alcuni errori di scrittura ma spero si capisca ugualmente.
Volevo aggiungere che ho appena letto la notizia che una casa cinese sta percorrendo proprio questa strada…
“Dongfeng mette i motori nelle ruote della E70 EV”….
Introducendo anche il controllo vettoriale e portando la coppia a 1250Nm…
Grazie
Grazie Prof. Ceraolo,
è un argomento comunque interessante per la scelta di una bev.
Prima di fare un acquisto, io preferisco maturare una convinzione tecnica, poi il prezzo come conseguenza.
Aggiungo quindi alla mia lista della spesa, oltre ad una batteria LFP, un motore a rotore avvolto perchè penso sia più efficiente là dove le bev soffrono, cioè in autostrada.
Inoltre non necessitare di terre rare è un ulteriore soddisfazione.
Gentile professore, le volevo chiedere un suo parere o punto di vista su quanto ha scritto.
In particolare sulla citazione di auto con 4 motori, uno per ruota.
Oggi assistiamo ad una continua progettazione di nuove auto elettriche.
Ma “quasi tutte” sempre incentrate su un solo motore elettrico principale.
Ricalcando il “vecchio” schema delle auto endotermiche.
Cioè “mono-motore-centriche”, dotate quindi del consueto Differenziale per le ruote motrici (2 o 3 nel caso di auto 4×4).
Data l’elevata versatilità dei propulsori elettrici, non pensa sia giunto il momento che le case produttrici adottino lo schema a 4 motori con la possibilità di eliminare i Differenziali e introdurre uno schema di controllo vettoriale della trazione totalmente elettronico?
Magari sfruttando motori più piccoli, la cui potenza complessiva, sarebbe maggiormente modulabile in base all’utilizzo es.cittadino o extraurbano.
Magari utilizzando motori a Rotore esterno di maggior diametro per sfruttare meglio l’effetto Leva (tipico dei grandi diametri), per avere una maggiore coppia e un numero di giri più consono alla trazione di una ruota eliminando anche la meccanica del riduttori di giri. Mi risulta che ad oggi tutti i motori utilizzati sia a Rotore interno e ha piccolo diametro con numero di giri elevato. (Pochi Poli).
Il numero ridotto di Poli sappiamo che non aiuta ad aumentare la coppia,…
E quindi si utilizza il riduttore di giri per convertire i giri alti in coppia… (macchina convertrice di coppia).
Grazie.
Per veicoli lenti tipo tram è una soluzione interessante, anche per liberare spazio utile per i passeggeri. Per veicoli più prestazionali però aggiungere peso alle ruote, che sono masse non sospese, peggiora il comportamento dinamico del veicolo ed il confort, oltre a togliere spazio per i freni che andrebbero comunque mantenuti per ragioni di sicurezza. I motori andrebbero quindi installati sul telaio comunque.
Credo che sia all’incirca la stessa differenza fra uno scooter elettrico con motore nel mozzo ruota e un altro con motore laterale collegato alla ruota tramite riduttore.
/// Magari utilizzando motori a Rotore esterno di maggior diametro per sfruttare meglio l’effetto Leva (tipico dei grandi diametri), per avere una maggiore coppia e un numero di giri più consono alla trazione di una ruota eliminando anche la meccanica del riduttori di giri \\\ Forse ho capito male ma da quello che so il riduttore è piú efficace per ottenere piú spunto, vedasi questo intervento – rimanendo nel settore delle due ruote – nel famoso forum tedesco https://www.elektroroller-forum.de/viewtopic.php?p=106882#p106882