I motori elettrici sono ovunque. Probabilmente non sarebbe esagerato dire che la civiltà moderna come la conosciamo potrebbe non sembrare la stessa se non fosse per l'invenzione del motore elettrico. I motori elettrici sono anche onnipresenti nella tua vita quotidiana, dalle pompe elettriche dell'acqua ai motori elettrici che alimentano le ventole di raffreddamento.

Ma negli ultimi tempi, il clamore più grande che circonda il motore elettrico è dovuto all'immensa proliferazione di veicoli elettrici.

Se ti stai chiedendo come funziona un motore elettrico, sei nel posto giusto. Continua a leggere per tutti i dettagli su come funzionano i motori EV e come si confronta con un motore a combustione interna.

Che cos'è un motore elettrico a induzione?

Il motore a induzione è una meraviglia ingegneristica. La cosa divertente è che questo tipo di motore elettrico è stato inventato da Nikola Tesla e l'elettrico l'azienda automobilistica che porta il suo nome utilizza anche motori a induzione per alcuni dei loro famosi elettrici veicoli. La Model S, in particolare, e la sua cugina Model X, utilizzano motori a induzione CA (con i modelli più recenti dotati di un motore sincrono a magneti permanenti più un motore a induzione). In termini generali, un motore a induzione è un motore che converte l'energia elettrica in energia meccanica utilizzando un campo magnetico indotto.

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Probabilmente è tra le prime tre invenzioni di tutti i tempi, e non è un'esagerazione. Il motore a induzione è abbastanza semplice, con l'unica parte mobile che è il suo rotore, motivo per cui i propulsori dei veicoli elettrici dovrebbero rivelarsi molto affidabili con il passare degli anni. Per coincidenza, questa è una delle chiavi vantaggi dei veicoli elettrici rispetto alle auto a gas in termini di affidabilità. Il motore a induzione è dotato di una parte fissa chiamata statore, insieme a una parte interna che ruota effettivamente chiamata rotore.

Il rotore ha un albero che lo attraversa che può essere utilizzato per spostare le cose quando il rotore gira. Un esempio di questo è una ventola rotante collegata all'albero di un motore a induzione o forse le ruote di un veicolo elettrico che si muovono a causa del movimento meccanico dell'albero del rotore. Il motore a induzione CA non è presente solo nei veicoli elettrici; è un punto fermo in tutti gli aspetti della vita quotidiana. Molte moderne macchine industriali utilizzano motori a induzione CA, soprattutto se sono essenziali affidabilità e bassi costi operativi.

Questo è uno dei motivi principali per cui alcuni veicoli elettrici ad alte prestazioni utilizzano motori a induzione. Sono estremamente affidabili e anche molto efficienti. Sebbene i motori a induzione producano la loro giusta quota di calore (motivo per cui spesso sono dotati di ventole e alette integrate nel design), sono estremamente efficienti. Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, i veicoli elettrici possono effettivamente utilizzare più del 77% dell'energia elettrica che ottengono da una carica direttamente alle ruote del veicolo. Secondo la stessa fonte, le auto a benzina possono solo radunarsi per convertire ovunque dal 12% al 30% dell'energia che hanno immagazzinato nella benzina in energia utilizzabile direttamente alle ruote dell'auto.

I veicoli elettrici si convertono 77% dell'energia elettrica dalla rete per alimentare le ruote. I veicoli a benzina convenzionali si convertono solo 12%–30% dell'energia immagazzinata nella benzina per alimentare le ruote.

Questo è un grosso problema ed è uno dei motivi i veicoli elettrici sono migliori per l'ambiente, soprattutto se collegato a una fonte di alimentazione pulita.

Come funziona un motore a induzione CA?

In parole povere, il motore a induzione CA funziona elettrificando bobine di rame conduttrici posizionate attorno allo statore. La corrente alternata che scorre attraverso le bobine di rame induce un campo magnetico rotante. Ovviamente, in un veicolo elettrico, l'elettricità che consente questo passaggio è fornita dalla batteria del veicolo elettrico.

Tuttavia, le batterie producono corrente continua, quindi prima che l'elettricità della batteria possa essere convertita in energia meccanica dall'elettricità motore, deve subire un passaggio intermedio tramite un inverter che converte la corrente continua fornita dalla batteria nella corrente alternata richiesta potenza. Il campo elettromagnetico rotante prodotto nello statore ha la conseguenza di indurre una corrente nel rotore mentre si muove, che, a sua volta, induce un campo elettromagnetico nel rotore. Questo è il motivo per cui i motori a induzione hanno il nome di induzione, perché funzionano inducendo un campo magnetico.

La magia accade quando l'EMF rotante induce una corrente elettrica nel rotore, che a sua volta produce il proprio EMF che costringe il rotore a ruotare, seguendo il campo magnetico rotante del statore. Il rotore fa girare l'albero, che è la parte utile del motore elettrico, consentendo la creazione di energia meccanica dall'energia elettrica. In termini di veicoli elettrici, il modo in cui questi motori elettrici erogano potenza significa che la coppia è disponibile istantaneamente, con cui le auto ICE non possono nemmeno iniziare a competere.

Vantaggi I motori elettrici hanno rispetto ai motori a combustione interna

Il primo ovvio vantaggio dei motori elettrici rispetto ai motori a combustione interna è la drastica riduzione delle parti in movimento. Se guardi l'animazione di base di un motore a gas rispetto a un motore elettrico che gira, noterai immediatamente quanto sia più complicato il processo per il motore a gas. La riduzione delle parti mobili è direttamente correlata alla manutenzione di queste diverse centrali elettriche.

Con il motore elettrico, non c'è molto che possa andare storto, soprattutto a causa dell'usura. Nel frattempo, il motore a combustione interna ha tonnellate di parti mobili che possono andare male. Questo non vuol dire che un motore elettrico non possa rompersi, ma se è privo di molte delle parti che vanno male in un motore a gas, non sarà necessario sostituirle.

Uno dei principali punti deboli nei motori normali è la catena di distribuzione (o cinghia), che non esiste nemmeno in un motore elettrico. Come accennato in precedenza, l'erogazione della coppia è anche un enorme vantaggio per i veicoli elettrici perché possono fornire una coppia istantanea, contribuendo alla sensazione drammatica che si prova quando si accelera un veicolo elettrico.

I motori a induzione esistono da sempre, ma sono ancora rivoluzionari

La cosa divertente dei motori a induzione è che non sono una nuova invenzione con uno sforzo di immaginazione. Sono stati anche usati ovunque per anni, ma recentemente questi motori stanno ottenendo il riconoscimento che hanno sempre meritato a causa dell'ondata di veicoli elettrici che hanno conquistato le nostre strade. Il motore a induzione è ancora una straordinaria meraviglia ingegneristica dopo tutti questi anni e la nuova ricerca e sviluppo dovrebbero contribuire a renderlo ancora più avvincente.