Como funciona um motor elétrico?

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Um motor elétrico converte energia elétrica em movimento rotacional mecânico [1]. Para isso, ele utiliza a força do magnetismo, que surge quando a corrente elétrica flui através de bobinas, gerando assim campos magnéticos [2].

Estrutura e Princípio Fundamental

No núcleo, um motor elétrico consiste em duas partes principais: um estator fixo e um rotor giratório [1]. No estator ou no rotor, encontram-se entweder ímanes permanentes ou bobinas percorridas por corrente, que atuam como eletroímanes [1].

Quando a corrente flui através das bobinas, estas geram campos magnéticos. Estes campos interagem entre si: polos de mesmo nome repelem-se, polos opostos atraem-se [3]. Estas forças de atração e repulsão colocam o rotor em movimento. Para que a rotação não pare após meia volta, a direção da corrente nas bobinas é invertida regularmente [3].

Campos Magnéticos e Força de Lorentz

A base física do movimento é a força de Lorentz: ela atua sobre cargas elétricas em movimento, ou seja, sobre a corrente nos condutores, quando esta se encontra num campo magnético [2]. Através da interação entre a corrente e o campo magnético, surge um binário (torque) que impulsiona o rotor [1].

Motor de Corrente Contínua e Motor Trifásico

Motores de corrente contínua (DC) são operados com corrente contínua. A inversão da corrente no rotor ocorre mecanicamente através de escovas de carvão e um comutador [4]. Isso torna-os fáceis de regular, mas também suscetíveis a manutenção.

Motores trifásicos (AC) utilizam corrente alternada, geralmente corrente alternada trifásica. A corrente alternada gera no estator um campo magnético rotativo, que arrasta o rotor [5]. Motores trifásicos assíncronos não necessitam de contactos mecânicos para o fornecimento de corrente no rotor – a corrente é gerada por indução. Isso torna-os particularmente robustos e de baixa manutenção.

Motores Sem Escovas (BLDC)

Um motor de corrente contínua sem escovas (BLDC) prescinde de escovas e comutador. Em vez disso, as bobinas percorridas por corrente encontram-se no estator fixo, enquanto o rotor consiste em ímanes permanentes. Uma eletrónica externa controla a corrente precisamente para as bobinas, assegurando assim um campo magnético rotativo que arrasta o rotor.

Esta construção é mais eficiente porque não existem perdas por fricção causadas pelas escovas, o calor pode ser dissipado melhor através do estator e o controlo eletrónico mantém o motor sempre no ponto de operação ideal.

Por que os carros elétricos são tão eficientes?

Os carros elétricos beneficiam de várias vantagens do sistema de propulsão elétrico. Os motores elétricos modernos convertem cerca de 90 a 95 por cento da energia elétrica em movimento [5]. Além disso, permitem a recuperação: ao travar, o motor torna-se um gerador e converte a energia cinética de volta em energia elétrica, que é armazenada na bateria.

Quando parado, o motor elétrico pode ser completamente desligado, sem perdas por marcha lenta. O sistema de propulsão mais simples, com menos peças móveis, reduz perdas adicionais por fricção. Juntamente com eletrónica de potência precisa e gestão térmica otimizada, resulta numa eficiência global muito elevada.

Quais materiais são utilizados?

Para motores elétricos, são necessários diversos materiais. Os enrolamentos consistem maioritariamente em cobre devido à sua excelente condutividade. Os núcleos de ferro, feitos de chapa elétrica, minimizam as perdas magnéticas.

Motores especialmente potentes, como os motores síncronos de ímanes permanentes, utilizam ímanes baseados em neodímio-ferro-boro. Para isso, são utilizadas terras raras como neodímio, prasodímio, disprósio e térbio, para permitir campos magnéticos fortes a temperaturas elevadas. A carcaça é frequentemente feita de alumínio para garantir uma boa dissipação térmica.

Contudo, estão a ser desenvolvidos cada vez mais tipos de motores sem terras raras, como os motores assíncronos ou os motores de relutância síncrona, a fim de reduzir a dependência de matérias-primas críticas.

Resumo

Um motor elétrico converte corrente em movimento, fazendo com que a corrente flua através de bobinas, gerando campos magnéticos e fazendo com que a força de Lorentz coloque um rotor em rotação. Dependendo do design, os motores de corrente contínua, de corrente alternada e sem escovas diferem principalmente no tipo de alimentação elétrica e controlo. Graças às elevadas eficiências, à recuperação de energia (recuperação) e a menos peças móveis, as propulsões elétricas são uma tecnologia cada vez mais importante, especialmente no setor automóvel.