Motori elettrici: design e funzione

Come funzionano le auto elettriche? 10 domande e risposte.

Come funzionano esattamente le auto elettriche? In che cosa si distinguono dalle auto con motori a combustione? Quanto sono affidabili? Abbiamo risposte chiare e facilmente comprensibili a tutte le vostre più disparate domande.

 

L’era elettrica è iniziata. Le auto elettriche saranno presto parte integrante della nostra vita quotidiana. Solo i marchi del gruppo Volkswagen dovrebbero lanciare sul mercato circa 50 modelli puramente elettrici entro il 2025. Eppure il modo in cui funzionano rimane un grande mistero per molti conducenti. Le auto elettriche sono futuristiche, complesse, motivo di scompiglio e tecnologicamente ignote, anche se per molti aspetti sono più semplici delle auto con motori a combustione.

1. Qual è la differenza tra un motore elettrico e un motore a combustione?

Il principio della conversione dell’energia in movimento meccanico è diverso. Mentre un motore a combustione si basa sulla termodinamica per la combustione del carburante, un motore elettrico lo fa utilizzando delle forze elettromagnetiche che si generano quando una corrente elettrica attraversa un campo magnetico. Un motore a combustione ha un meccanismo a manovella (cilindro, pistone, valvola, albero a gomito ecc.), mentre un motore elettrico non si affida a nient’altro che allo statore e al rotore (e alla loro reciproca interazione) per alimentare il veicolo. Inoltre, un motore elettrico può fungere da generatore: durante la frenata o la decelerazione, l’energia viene restituita alla batteria permettendo così di ricaricarla.

2. In che misura il motore elettrico e il motore a combustione si comportano in modo diverso nella pratica?

Le fasce di potenza e le coppie dei due motori sono molto diverse. Mentre la potenza e la coppia di un motore a combustione aumentano con il numero di giri fino a raggiungere il regime superiore, in un motore elettrico la coppia massima viene erogata con quasi zero giri e diminuisce al raggiungimento del regime superiore. In pratica, questo significa che un’auto elettrica ha la massima trazione alla partenza e quindi una risposta dinamica relativamente elevata. Inoltre, un motore elettrico non necessita di una trasmissione a frizione a più rapporti grazie al regime molto alto. Ciò significa che con una sola marcia o con un riduttore la vostra auto elettrica passa dall’arresto alla velocità massima.

3. Come viene calcolata la potenza di un’auto elettrica?

Calcolare la potenza non è facile come nel caso delle auto convenzionali. In un’auto elettrica, la potenza totale non si basa soltanto sull’energia erogata dal gruppo propulsore, ma è anche influenzata dalla potenza della batteria. Poiché si tratta sempre del valore determinato dall’intero sistema di propulsione, quest’ultimo può anche essere progettato in modo tale che, ad esempio, la sua base tecnica sia la stessa per diverse varianti di prestazioni e la prestazione finale del veicolo dipenda esclusivamente dalle dimensioni della batteria con cui è combinato.

4. Come si misura il consumo?

Per le auto elettriche, il consumo è espresso in chilowattora per 100 chilometri percorsi (kWh/100 km). Sul cruscotto è possibile visualizzare le informazioni sul consumo attuale e medio, proprio come per le auto convenzionali. Viene inoltre visualizzata la quantità di energia rigenerata restituita alle batterie..

5. E per quanto riguarda la manutenzione e la durata dei motori elettrici?

Dal momento che il rotore è la parte principale e anche l’unica in movimento, il motore elettrico richiede una manutenzione inferiore rispetto a un motore a combustione. Non è necessario cambiare l’olio oppure sostituire i filtri del carburante o dell’aria. Il motore elettrico è solitamente ad alto regime e richiede pertanto un’ottima costruzione (specialmente dei cuscinetti). In generale, tuttavia, prevede meno manutenzione di un motore convenzionale.

6. Quale asse aziona il motore elettrico?

Un motore elettrico può essere montato sull’asse anteriore o posteriore. In generale, tuttavia, la trazione posteriore è più adatta a un’auto elettrica perché consente al motore elettrico di trasferire meglio e in modo più efficiente la sua forte coppia sull’asfalto. Per ottenere una trazione integrale completamente elettrica basta aggiungere un secondo motore elettrico all’asse anteriore.

7. Le auto elettriche dispongono tutte dello stesso tipo di motore?

Così come si sono sviluppati diversi tipi di motori a combustione, esistono anche molte possibilità e varianti per i motori elettrici. Il tipo di motore dipende sempre dalle caratteristiche del veicolo. In termini più dettagliati, i motori sincroni trifase, spesso con magneti permanenti, sono i più comuni, così come i motori asincroni o le loro varianti. Una parte integrante di questi motori è solitamente un’unità elettronica di potenza che può essere integrata direttamente nel motore oppure montata separatamente dopodiché abbinata al motore tramite tre conduttori di fase.

8. Esiste una differenza tra i motori elettrici nei veicoli ibridi plug-in e nelle auto puramente elettriche?

Sì. Durante la costruzione di un’auto puramente elettrica, si presume che non vi sia nessun altro tipo di propulsione da considerare. Questo permette di progettare il motore in modo ottimale per la coppia e la potenza richieste nonché i giri e le opzioni del veicolo. La costruzione del motore ibrido, invece, deve tener conto anche delle caratteristiche del motore a combustione che va ad aggiungersi a quello elettrico, ovvero le opzioni di collegamento meccanico, le temperature di esercizio, il regime e la curva motore. Anche il controllo degli azionamenti è più complesso: il veicolo deve essere in grado di muoversi con un motore a combustione in modalità puramente elettrica o combinata e sempre con una gestione ottimale dell’energia.

9. È vero che i veicoli elettrici esistevano già più di un secolo fa?

I primi tentativi di costruire un’auto elettrica risalgono al 1835 (48 anni prima della costruzione del primo motore a benzina) e sono stati fatti, indipendentemente gli uni dagli altri, in Italia e nei Paesi Bassi. Intorno alla fine del secolo, personaggi come Ferdinand Porsche e l’inventore ceco František Křižík lavorarono allo sviluppo di veicoli elettrici (Křižík, a quel tempo, svelò anche una vettura Laurin & Klement). Nel 1900 negli Stati Uniti esistevano più veicoli elettrici che con motore a combustione; anche la prima auto a superare i 100 km/h fu puramente elettrica. Tuttavia, queste auto utilizzavano pesanti batterie al piombo con un’autonomia conseguentemente ridotta. L’introduzione della produzione in serie di automobili con motore a combustione e una maggiore autonomia ha portato per molti anni a trascurare l’ulteriore sviluppo di propulsori elettrici.

10. Perché oggi si è tornati allo sviluppo di motori elettrici?

Il boom della moderna mobilità elettrica è guidato sia dalla necessità di ridurre le emissioni di gas di scarico e di CO2 che dal rapido sviluppo e dalla disponibilità di nuove tecnologie. Le moderne batterie agli ioni di litio sono in grado di immagazzinare e rilasciare molto meglio l’energia necessaria; dispongono di una propria elettronica di controllo, comunicano con l’intero sistema dell’auto e il loro ulteriore sviluppo sta progredendo rapidamente. Allo stesso modo, gli attuali componenti a semiconduttore possono trasmettere maggiore corrente con basse perdite nonché controllare e regolare in modo efficiente i potenti motori elettrici. Anche la crescente disponibilità di elettricità verde da fonti rinnovabili e i piani per l’ampliamento della rete di stazioni di ricarica hanno rivestito un ruolo importante nella recente promozione della mobilità elettrica.