Motores Síncronos de Ímanes Permanentes

Como Funciona

Rotor: O rotor de um PMSM contém ímanes permanentes que geram um campo magnético fixo. Estes ímanes são tipicamente feitos de materiais tais como neodímio ferro boro (NdFeB) ou samário cobalto (SmCo), conhecidos pela sua elevada força magnética.

Normalmente, o rotor tem 6 ou 8 pólos magnéticos.

Stator: O estator é a parte estacionária do motor e consiste em enrolamentos enrolados em torno dos pólos do estator. Estes enrolamentos são geralmente feitos de cobre e são alimentados com corrente alternada (CA) para criar um campo magnético que interage com o rotor.

Comutação: A PMSM baseia-se em comutação eletrónica para controlar a direção e a velocidade do motor. Sensores, tais como sensores de efeito Hall ou codificadores, detetam a posição do rotor e fornecem feedback ao controlador do motor. Com base neste feedback, o controlador do motor determina quando e como ligar e desligar os enrolamentos do estator para criar um campo magnético rotativo que faz rodar o rotor.

Sincronização: O campo magnético gerado pelos enrolamentos do estator tem de ser sincronizado com a posição do rotor para alcançar uma operação eficiente e suave. Isto é tipicamente feito usando uma técnica chamada controlo orientado por campo (FOC) ou controlo vetorial, que ajusta a amplitude e a fase da corrente do estator para alinhá-la com a posição do rotor.

Produção de Binário: À medida que o campo magnético rotativo gerado pelo estator interage com os ímanes permanentes no rotor, exerce binário no rotor, fazendo-o rodar. O binário produzido pelo motor pode ser controlado ajustando a amplitude e a frequência da corrente do estator, o que por sua vez determina a força e a velocidade do campo magnético rotativo.

Fonte de Alimentação: As PMSM requerem uma fonte de alimentação que possa fornecer a tensão e frequência de CA adequadas aos enrolamentos do estator. Isto é tipicamente alcançado usando um inversor, que converte uma tensão CC de uma fonte de energia, como uma bateria ou rede elétrica, na tensão e frequência de CA necessária ao motor.

Em resumo, uma PMSM utiliza ímanes permanentes no rotor, enrolamentos do estator, comutação eletrónica e técnicas de sincronização para gerar um campo magnético rotativo que aciona o rotor e produz rotação mecânica. O binário e a velocidade do motor podem ser controlados ajustando a amplitude e a frequência da corrente do estator usando um inversor e um controlador de motor.

Vantagens

Uma das principais vantagens dos motores síncronos em veículos elétricos é a sua maior densidade de potência. Os ímanes permanentes no rotor fornecem um campo magnético constante, permitindo maior binário e potência em comparação com motores assíncronos de tamanho semelhante. Isto torna os motores síncronos particularmente adequados para veículos elétricos de alto desempenho que requerem aceleração rápida e velocidades elevadas.

Os motores síncronos em veículos elétricos são também conhecidos pelo seu controlo preciso e eficiente. Podem ser controlados com precisão usando eletrónica de potência avançada, como controladores de motor ou inversores, que permitem desempenho otimizado e melhor gestão de energia. Isto possibilita funcionalidades como vetorização de binário, onde o binário pode ser controlado de forma independente para cada roda, melhorando a tração e a condução em várias condições.

Outra vantagem dos motores síncronos é a sua capacidade de alcançar elevada eficiência numa ampla gama de velocidades e cargas. Isto permite operação eficiente tanto em baixas como em altas velocidades, o que é particularmente útil em veículos elétricos que requerem diferentes níveis de potência e binário dependendo das condições de condução.

Limitações

Materiais de Terras Raras: As PMSM requerem ímanes de terras raras, que podem ser dispendiosos e ter implicações ambientais em termos de mineração e sustentabilidade.

Arrasto em Rodagem Livre: Quando um veículo elétrico (EV) está em roda livre ou a circular sem energia, o motor elétrico pode criar um efeito de arrasto, muitas vezes referido como "arrasto do motor" ou "arrasto em roda livre". Este arrasto é causado pelas forças eletromagnéticas dentro do motor, que podem resistir ao movimento do rotor e criar resistência contra o movimento do veículo.

No caso dos motores de ímanes permanentes, os ímanes no rotor criam um campo magnético fixo, que pode gerar mais arrasto quando o motor não está alimentado. Isto resulta num arrasto do motor mais elevado em comparação com os motores de indução. No entanto, o arrasto do motor de ímanes permanentes pode também depender do design específico e da estratégia de controlo empregue, visto que alguns motores de ímanes permanentes podem ter arrasto reduzido devido a técnicas avançadas de controlo do motor.

Alguns fabricantes de EV utilizam uma embraiagem para desacoplar o motor da cadeia cinemática, desengatando efetivamente o motor das rodas e permitindo que o veículo circule sem qualquer arrasto do motor. Isto pode ajudar a reduzir a resistência sentida pelas rodas quando o motor não está alimentado, potencialmente melhorando a eficiência do veículo e reduzindo o consumo de energia.

Outros utilizam motores de indução na dianteira e PMSM na traseira. Exemplos incluem todos os automóveis baseados na plataforma Volkswagen MEB.

Se quiser saber ainda mais sobre motores PMSM, recomendamos assistir a este vídeo onde a Lucid explica o seu design de PMSM e o compara com outros.