Si antes teníamos que elegir entre diésel y gasolina, y cada uno tenía sus defensores y detractores, la llegada del coche eléctrico nos lleva a una disyuntiva similar, teniendo que diferenciar entre los motores asíncronos y los motores síncronos. Es por eso que resulta importante conocerlos, tanto si eres un aficionado al mundo de los coches como si estás realmente interesado en comprar un coche eléctrico y no sabes bien por dónde empezar. ¿Qué es un motor síncrono? ¿Qué ventajas tiene? ¿Qué modelos de coches eléctricos llevan uno de estos motores hoy en día?
Qué es un motor síncrono
Un motor síncrono es un motor eléctrico en el que el campo magnético del estátor y el rotor giran a la misma velocidad, de forma sincronizada.
Dicho eso, vamos a tratar de explicarlo de una forma un poco más asequible. Un motor eléctrico tiene dos componentes principales, un estátor y un rotor. El estátor es el exterior, la pieza más grande y visible del motor. Es estático, no se mueve. El rotor, en cambio, sí es una pieza móvil, y es giratoria, de ahí su nombre. El rotor suele ir dentro del estátor.
La función de un motor eléctrico es la de convertir energía eléctrica en energía cinética o movimiento. El estátor está conectado a la batería eléctrica, mientras que el rotor está conectado a la transmisión del coche y, por tanto, a las ruedas.
El funcionamiento básico de un motor eléctrico es el de crear un campo magnético giratorio en el estátor. El estátor no se mueve, pero el campo magnético sí, tal y como explicaremos a continuación. Así, el rotor, que también está magnetizado, sigue al campo magnético del estátor tal y como ocurre con una brújula cuando le acercamos un imán. Como el rotor está «conectado» a las ruedas, hemos conseguido convertir energía eléctrica en movimiento.
Como hemos dicho, en el motor síncrono, el rotor se sincroniza con el campo del estátor y giran a la misma velocidad.
Cómo se genera un campo magnético giratorio en el estátor
Sería bueno que le echaras un vistazo al contenido específico en el que explicamos con detalle qué es el estátor. Pero de forma simplificada diremos que el estátor cuenta con bobinas repartidas por todo el perímetro. Estas son alimentadas de forma secuencial y trifásica. Cuando una carga eléctrica atraviesa un material conductor, se genera un campo magnético a su alrededor. Controlando qué bobinas son alimentadas en cada momento generamos un campo magnético giratorio. La idea es que dicho campo magnético vaya variando su norte magnético y que este gire, como si fuera recorriendo cada una de las agujas del reloj. Así, el rotor, que también es magnético, seguirá este campo magnético.
Volvo XC40 eléctrico con el doble motor síncrono.Plataforma del
Tipos de motores síncronos
Hay un factor que no hemos aclarado, y es el del rotor. Hemos dicho que es magnético. Pero hay dos tipos. Una buena opción para fabricar un rotor magnetizado sencillo es instalar imanes permanentes en el rotor, de manera que este sea magnético de forma natural. Estos imanes permanentes van siendo más difíciles de conseguir por lo que a la larga no resultarían una opción interesante para muchos fabricantes. Es por eso que se busca una alternativa, como utilizar electroimanes. Igual que se puede crear un campo magnético en el estátor alimentando bobinas eléctricas, se pueden instalar bobinas eléctricas en el rotor y alimentarlas eléctricamente para magnetizarlo.
De esta forma, tenemos dos tipos de motores síncronos: motores síncronos de imanes permanentes y motores síncronos de alimentación externa. El nombre de los segundos se debe a que mientras que en el primero el rotor es una pieza sin alimentación, en el segundo se debe alimentar eléctricamente a ese rotor para magnetizarlo. Una vez entendido esto, es muy fácil entender las ventajas de cada uno.
Ventajas y desventajas de los motores síncronos
Una ventaja básica de los motores síncronos, sea cual sea el tipo, es que tenemos una relación directa entre el campo magnético que generamos en el estátor y el movimiento que podemos llevar a las ruedas. Esto simplifica el proceso de desarrollo de los motores síncronos. Además, permite trabajar con niveles de tensión más bajos, evitando así las sobrecargas que podrían traer daños en los componentes o incluso peligro para los usuarios.
Además, tenemos un motor que destaca especialmente por su entrega de potencia. Y es que una vez que hemos conseguido iniciar la rotación del motor, disponemos del máximo rendimiento. Es por eso que este tipo de motores ha brillado mucho en algunos modelos deportivos.
No obstante, de la mano de lo anterior tenemos también que gastaremos más energía para iniciar el movimiento del coche, pues tenemos que superar la barrera en la que el campo magnético no tiene fuerza para iniciar la rotación del rotor.
El motor síncrono que Toyota utiliza en sus vehículos híbridos.
Ventajas y desventajas concretas del motor de imanes permanentes
El motor síncrono de imanes permanentes es algo diferente al motor de alimentación externa, y de ahí que tenga sus propias ventajas y desventajas. A favor tenemos el hecho de que el motor tiene un principio de funcionamiento más básico. Al tener un rotor que cuenta con una magnetización natural, nos olvidamos de todas la parafernalia alrededor del rotor que implican los demás motores. Menos componentes, un motor más pequeño, menos deterioro, y una gran fiabilidad, así como vibraciones nulas.
Prácticamente son todo ventajas de no ser por el hecho de que nos encontramos con la dificultad para conseguir estos imanes, estando la extracción y producción de los mismos muy concentrada en China, y habiendo además una cantidad relativamente limitada de estos. Su precio se ha encarecido y no es una buena opción de futuro.
Ventajas y desventajas concretas del motor de alimentación externa
Si no tenemos imanes permanentes para el rotor, tenemos que crear un electroimán. Para ello, necesitamos instalar bobinas en el rotor, lo que implica un tamaño más grande tanto para el rotor, como para el propio estátor que lo «contiene», así como problemas de peso. Por otro lado, tenemos que conectar también el rotor a la batería. Esto supone la necesidad de usar escobillas para poder alimentar un elemento que está en rotación. Todo esto es una pérdida de eficiencia. Por un lado, gastamos energía en alimentar el rotor que no gastamos con los imanes permanentes, lo que se traduce en menos autonomía. Por otro lado, las escobillas producen cierto rozamiento, lo que de alguna forma frena el motor. Y también se producen más vibraciones.
Motor síncrono del Renault Zoe.
Y por supuesto, rozamiento implica desgaste. Las escobillas suelen ser de metales nobles, con una buena composición de oro. Tener que cambiarlas será algo gracioso para el propietario cuando vea la factura.
Qué coches utilizan motores síncronos en el mercado
Tesla fue uno de los principales defensores de los motores asíncronos. Y es posible que de un tiempo a esta parte veamos que es el camino que siguen muchas otras marcas. Sin embargo, para el Tesla Model 3 se optó por un motor síncrono de imanes permanentes. Esto es por su eficiencia y rendimiento. Con menos energía, este motor genera más potencia, lo que es beneficioso cuando todavía estamos limitados por la capacidad de las baterías y la autonomía. De hecho, también se incluye este motor de imanes permanentes en el tren delantero de los Tesla Model X y S, pues en coches más pesados se encuentran beneficios aun más notables en el uso de estos motores. No obstante, hay que decir que estos dos últimos, como en el caso de muchos coches del mercado, encontramos los dos tipos de motores, pues se aprovechan las ventajas de cada uno de ellos según para qué caso. Tú solo pisas el acelerador, pero el controlador del coche hace lo demás.
Muchas marcas optan por los motores síncronos de imanes permanentes cuando tienen que simplificar, necesitan autonomía, o tienen problemas de espacio. Por ejemplo, la mayoría de los coches híbridos cuentan con motores de imanes permanentes. Necesitan que sean más pequeños para integrarse junto al motor de combustión, y es la solución ideal. Lo vemos en el caso de Toyota, Audi o Mercedes, por ejemplo. No obstante, marcas como Audi o Mercedes no integran estos motores en sus versiones 100% eléctricas, donde buscan una opción a más largo plazo, o donde tienen la posibilidad de alojar un motor y una batería más grandes.
En cambio, cuando el fabricante busca el máximo rendimiento, también opta por los motores de imanes permanentes, como es el caso de los Porsche. Aquí se busca la mayor potencia posible según el peso del motor, y eso se consigue con los motores síncronos de imanes permanentes. También es verdad que las unidades vendidas de estos vehículos son muchas menos, lo que facilita el uso de un componente difícil de conseguir.
Por otro lado, los motores síncronos de alimentación externa no son muy comunes. Tenemos un representante principal, como es el caso del Renault Zoe. La marca afirma que las escobillas y todo el bloque motor tiene una vida útil tan larga como el propio vehículo. Desde luego, si el tiempo les da la razón, tendremos un motor de lo más interesante. Aunque otras marcas, como BMW, ya han desarrollado motores con esta tecnología y habrá que ver exactamente qué ocurrirá en el futuro.
No obstante, hay que decir que el camino a largo plazo probablemente pasa por los motores asíncronos o motores de inducción, prescindiendo así de los imanes difíciles de conseguir. Aunque esto ocurrirá el día en el que se encuentre la manera de sacar una mayor autonomía con baterías del mismo tamaño.
