A medida que los costos de materiales disminuyen y las tecnologías de control mejoran, se espera que los motores síncronos de imanes permanentes dominen la próxima generación de sistemas de propulsión de vehículos eléctricos.
A medida que la industria mundial de vehículos eléctricos (EV) continúa expandiéndose, la eficiencia y el rendimiento se han convertido en factores clave en el diseño de la transmisión. Entre las diversas tecnologías de motores, la Motor síncrono de imanes permanentes (PMSM) se ha convertido en la opción preferida para los vehículos eléctricos modernos debido a su alta eficiencia, tamaño compacto y densidad de par superior.
Un motor síncrono de imán permanente (PMSM) es un tipo de motor síncrono de CA que utiliza imanes permanentes incrustados o unidos al rotor para crear un campo magnético constante. El estator genera un campo magnético giratorio alimentado por corriente alterna, que interactúa con los imanes del rotor, lo que hace que gire sincrónicamente con el campo del estator.
A diferencia de los motores de inducción, que dependen de la corriente inducida para crear campos magnéticos, los PMSM utilizan imanes permanentes (a menudo fabricados con materiales de tierras raras como neodimio-hierro-boro (NdFeB)) para mejorar la fuerza magnética y la eficiencia energética.
• Automóviles eléctricos de pasajeros (por ejemplo, Tesla, Nissan, Hyundai)
• Autobuses y camiones eléctricos
• Vehículos de dos ruedas y scooters eléctricos
• Vehículos eléctricos híbridos (HEV)
• Vehículos eléctricos industriales y montacargas
La flexibilidad de la tecnología PMSM permite a los fabricantes adaptar las características de rendimiento, como el par, la velocidad y la eficiencia, según las necesidades específicas del vehículo.
El motor PMSM se destaca como una tecnología central que impulsa la revolución de los vehículos eléctricos. Con su alta eficiencia, diseño compacto y rendimiento de par superior, permite a los fabricantes de vehículos eléctricos lograr una mayor autonomía, una aceleración más rápida y experiencias de conducción más suaves.
A medida que los costos de materiales disminuyen y las tecnologías de control mejoran, se espera que los motores síncronos de imanes permanentes dominen la próxima generación de sistemas de propulsión de vehículos eléctricos.
El PMSM funciona según el principio de rotación sincrónica:
• El estator se alimenta con corriente alterna trifásica, generando un campo magnético giratorio.
• El rotor, equipado con imanes permanentes, se alinea y gira en sincronización con el campo del estator.
• Generalmente se utiliza un sensor o codificador de posición del rotor para mantener la sincronización, lo que garantiza un par suave y un control preciso.
• Debido a este comportamiento sincrónico, los PMSM entregan un alto par a bajas velocidades, lo que los hace ideales para sistemas de propulsión de vehículos eléctricos.
Los imanes están montados en la superficie del rotor.
Ventajas: Diseño simple, respuesta dinámica rápida.
Aplicaciones: vehículos eléctricos ligeros, scooters y turismos pequeños.
Los imanes están incrustados dentro del rotor.
Ventajas: mayor densidad de par, mejor rendimiento de debilitamiento del campo y eficiencia mejorada a altas velocidades.
Aplicaciones: La mayoría de los coches eléctricos modernos, incluidos el Tesla Model 3 y el Nissan Leaf, utilizan diseños IPMSM.
Los PMSM ofrecen eficiencias de hasta el 95-97 %, lo que reduce la pérdida de energía y amplía la autonomía de conducción del vehículo eléctrico. Esta alta eficiencia proviene de menores pérdidas de cobre en el rotor en comparación con los motores de inducción.
El uso de potentes imanes de tierras raras permite que los motores PMSM alcancen un mayor par por unidad de peso, lo que da como resultado sistemas de propulsión compactos y livianos, una ventaja crucial en los vehículos eléctricos.
Los PMSM brindan una respuesta de torque instantánea y una aceleración suave, lo que contribuye a una experiencia de conducción más cómoda y con mayor capacidad de respuesta.
Como no hay devanados del rotor, los PMSM generan menos calor, lo que ayuda a mejorar la confiabilidad y la vida útil del sistema.
El funcionamiento sincrónico del PMSM permite un control preciso de la velocidad y la posición, lo cual es esencial para la tracción y el frenado regenerativo en los vehículos eléctricos.
Alta eficiencia
Esta es posiblemente la ventaja más importante para los vehículos eléctricos. Los PMSM cuentan con una eficiencia muy alta, que a menudo supera el 90-95 %, especialmente a velocidades más bajas y cargas parciales, que son condiciones de funcionamiento comunes en la conducción urbana.
Alta potencia y densidad de par
Los vehículos eléctricos requieren motores que puedan ofrecer potencia y par sustanciales en un paquete compacto y liviano.
Excelente aceleración
La alta densidad de par, especialmente a bajas velocidades, permite una aceleración fuerte y rápida, lo que contribuye a una experiencia de conducción dinámica.
Operación suave y silenciosa
Los PMSM están diseñados para producir una fuerza electromotriz inversa (EMF) sinusoidal que, cuando se combina con estrategias de control avanzadas como el control orientado al campo (FOC), da como resultado una entrega de par muy suave y una ondulación de par mínima. Con motores sin escobillas.
Capacidad de frenado regenerativo
Los PMSM son excelentes para el frenado regenerativo. Cuando el conductor levanta el acelerador o aplica los frenos, el motor puede actuar como un generador, convirtiendo la energía cinética del vehículo nuevamente en energía eléctrica para recargar la batería. Esto mejora aún más la eficiencia energética y el alcance general.
Amplio rango de velocidad (con debilitamiento de campo)
Esto es esencial para la tracción de los vehículos eléctricos, donde el motor debe ofrecer un alto par para acelerar a bajas velocidades y potencia sostenida a altas velocidades de crucero.
Bajo mantenimiento y alta confiabilidad
La ausencia de escobillas y conmutadores reduce significativamente el desgaste mecánico, lo que genera una mayor confiabilidad y menores requisitos de mantenimiento en comparación con los motores de CC con escobillas.
Buena respuesta dinámica
Los PMSM tienen una baja inercia del rotor y, combinados con un control electrónico preciso, pueden responder muy rápidamente a los cambios en las acciones del conductor (por ejemplo, acelerar o desacelerar), proporcionando una sensación de conducción con gran capacidad de respuesta.
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| Característica | PMSM | Motor BLDC | Motor de inducción (IM) |
| Eficiencia | Muy alto (95–97%) | Alto (90–95%) | Moderado (85–90%) |
| Densidad de par | Excelente | bueno | moderado |
| Rango de velocidad | Amplio (con debilitamiento del campo) | Limitado | ancho |
| Costo | Más alto (debido a los imanes) | Medio | inferior |
| Mantenimiento | Bajo | Bajo | Medio |
| Uso típico | Vehículos eléctricos de alta gama, turismos | Bicicletas eléctricas, vehículos eléctricos pequeños | Vehículos eléctricos económicos, diseños más antiguos |
Los motores PMSM superan a la mayoría de las alternativas en eficiencia, densidad de par y rendimiento general de conducción, lo que los convierte en la opción preferida para los vehículos eléctricos de próxima generación.
A medida que los costos de materiales disminuyen y las tecnologías de control mejoran, se espera que los motores síncronos de imanes permanentes dominen la próxima generación de sistemas de propulsión de vehículos eléctricos.
