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Come funziona un motore elettrico

Le pessime condizioni dell’intero ecosistema terrestre ha indotto gli uomini a ricercare stili di vita che abbiano degli impatti ambientali limitati. I motori delle automobili e le loro emissioni nocive sono sicuramente al centro dell’attenzione di molti ricercatori al fine di ridurre gli effetti negativi che queste hanno sulla qualità dell’aria in primis e sull’inquinamento più in generale.
I motori elettrici rappresentano il futuro dei mezzi di locomozione. Anche se è solo negli ultimi anni che se ne parla a tutti i livelli, il motore elettrico è tutt’altro che recente come invenzione. Esso infatti è addirittura più anziano del motore a scoppio. Eppure sappiamo così poco delle auto elettriche, e ci informiamo anche poco anche se le offerte di auto elettriche sono sempre di più, nel mondo delle auto in vendita. Quindi è opportuno capire e chiedersi: come funziona il motore elettrico?

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Sommario:

Il primo motore elettrico risale al 1834, era un propulsore a corrente continua ed era pensato per far muovere le carrozze senza l’ausilio dei cavalli. Il primo motore a scoppio invece fu inventato nel 1853 da un ingegnere e un fisico italiani.
Il problema principale dei motori elettrici primordiali era lo stesso che ne limita la diffusione anche oggi: la durata delle batterie. Ovviamente i progressi tecnologici oggi rendono possibile la produzione di veicoli a propulsione elettrica, mentre a metà del XIX secolo questa sembrava una strada poco percorribile.

Come funziona il motore elettrico

Il motore elettrico è un congegno molto più semplice del motore a combustione interna. Esso infatti si compone di sole tre parti: lo statore, il rotore e l’involucro esterno.

Lo statore è la parte fissa del motore ed è formato da un conduttore di fili in rame, serve a produrre dei campi elettromagnetici variabili opposti a quelli creati dal rotore. Quest’ultimo, a sua volta, rappresenta la parte mobile del propulsore: consta di due magneti permanenti i quali ruotano grazie al campo magnetico generato dallo statore. Tale energia cinetica è causata dal principio fisico dell’induzione elettromagnetica e viene trasmessa dal rotore all’asse delle ruote motrici attraverso dei magneti. Questo tipo di motore viene anche chiamato brushless proprio perché non usa le spazzole utilizzate invece nei motori elettrici asincroni. Le spazzole fungono da collettore per chiudere il circuito, in questo modo il rotore sfrutta la corrente elettrica per generare il campo magnetico.
L’involucro esterno ovviamente è il "contenitore" dei primi due.

Per far funzionare il motore è necessaria una fonte di energia, il combustibile insomma. Nei tradizionali motori a combustione interna è la sostanza infiammabile (benzina, diesel, metano, GPL) che scoppiando all’interno delle camere di combustione genera il movimento dei pistoni i quali poi devono trasmettere il movimento alle ruote. Nei propulsori elettrici l’energia necessaria per creare i campi magnetici è fornita da una batteria. Questa invero può entrare a far parte degli elementi fondamentali di un motore elettrico per automobili dato che, a differenza dei tram, gli autoveicoli non possono ricevere la corrente direttamente dalla rete elettrica.
I motori elettrici sono monomarcia, quindi le auto elettriche non hanno bisogno di una vera e propria leva del cambio né del pedale della frizione. In pratica esistono le direzioni: avanti e indietro. La marcia indietro è consentita invertendo le polarità dei campi elettromagnetici in modo che il rotore giri nella direzione opposta.

Vantaggi e svantaggi dei motori elettrici

Oltre al vantaggio principale di essere a zero emissioni i motori elettrici hanno anche altri vantaggi.
Il primo è che questo tipo di propulsore ha dimensioni ridotte rispetto ai motori a combustione interna e anche il peso è nell’ordine delle decine di chili rispetto al quintale e oltre dei motori attualmente in uso.
La compattezza e la leggerezza del motore elettrico ha un impatto quindi anche sul design della carrozzeria esterna e rappresenta un punto di forza per la sicurezza del veicolo. Avendo più spazio a disposizione nel cofano questo può essere utilizzato per l’assorbimento e la dissipazione dell’energia, evitando che il motore entri nell’abitacolo in caso di scontri violenti. Infine le auto possono essere anche più corte dato che hanno bisogno di una capienza minore del cofano dove è alloggiato il motore.

Un altro vantaggio importante è dato dalla scarsa manutenzione che richiede questo tipo di motore. Essendo composto di meno parti e sfruttando principi fisici basilari incorre in meno problemi di usura dei pezzi e, ovviamente, essendoci poche parti si riduce anche il numero di riparazioni necessarie.
Infine tra i vantaggi è sicuramente da annoverare la silenziosità del propulsore e la prontezza con cui consente di trasmettere la massima potenza in pochi istanti.

L’unico neo di questa valida alternativa è dato dal problema delle batterie. Attualmente esistono degli accumulatori abbastanza potenti che riescono a garantire un’autonomia che si aggira intorno ai 200 Km con un pieno. Ma il problema è rappresentato dai tempi di ricarica che al momento non è possibile ridurre a meno di trenta minuti per la ricarica dell’ottanta per cento dell’energia.

Auto Ibride

Le auto ibride montano due motori, uno a combustione interna alimentato dai combustibili come benzina o gasolio e l’altro elettrico alimentato da batterie.
In pratica i due motori collaborano per ridurre i consumi e con essi le emissioni nocive.
Le vetture ibride possono essere di tre tipi:

  • Full Hybrid;
  • Mild Hybrid;
  • Plug-in Hybrid.

Capire le differenze può non essere semplice, ecco perché abbiamo realizzato un articolo che spiega le differenze tra auto Mild Hybrid, Full Hybrid e Plug In Hybrid.

Le auto Full Hybrid consentono di procedere sfruttando unicamente l’energia generata dal motore elettrico, che a sua volta è ottimizzato per recuperare energia in frenata e in fase di decelerazione. Il motore termico viene utilizzato esclusivamente quando la carica delle batterie è insufficiente per la propulsione del veicolo.

I motori Mild Hybrid sfruttano lo stesso principio delle Full Hibrid però, avendo un mototre e delle batterie di dimensioni minori rispetto al FH hanno anche un’autonomia inferiore. In questi casi il motore termico viene impiegato maggiormente rispetto al caso precedente.
Infine le Plug-in Hybrid sono delle Full Hybrid più evolute in quanto le batterie possono essere caricate attraverso le colonnine sparse per la città oppure a casa se si dispone delle wall box.
Attualmente queste auto sembrano un buon compromesso per ridurre i consumi di carburante derivante da energia non rinnovabile.

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