Qué tipos de motores eléctricos existen y cuál elegir para tu coche

Durante unas cuantas décadas, en nuestro continente se han vendido principalmente vehículos de gasolina y diésel. Los consumidores hemos tardado un tiempo prudente en aprender cuándo conviene tener cada uno de estos motores, al mismo tiempo que también hemos tenido que hacer un esfuerzo para conocer las peculiaridades de cada uno.

La llegada de la electrificación ha hecho una especie de tabula rasa. Todo lo que hemos aprendido sobre conceptos técnicos ya no nos sirve para este nuevo paradigma. Si eres un entusiasta del mundo del motor, seguramente estés deseando aprender estos nuevos conceptos. Y, si no lo eres, también te conviene conocer las particularidades del coche eléctrico, pues necesitarás este conocimiento en un futuro para decidir entre un modelo u otro en función de tus necesidades.

Solemos decir que los motores eléctricos son simples y sencillos. Que dan mucha potencia —y mucho par— con un planteamiento infinitamente menos complejo que el de un propulsor de gasolina o de diésel. Sin embargo, no todos los motores eléctricos que se montan en los coches eléctricos son iguales. Existen distintos tipos con sus puntos fuertes y sus puntos débiles. El propósito de este artículo es que aprendas cómo funciona cada uno de los motores eléctricos y los diferentes tipos que existen. De este modo, cuando compares un par de fichas técnicas, sabrás perfectamente a qué se refieren y no te darán gato por liebre.

• Tipos de motores eléctricos para automóviles
• Motor Síncrono
  • Tipos de motores síncronos
  • Ventajas y desventajas del motor síncrono
  • Aplicaciones del motor síncrono
• Motor Asíncrono
• Ventajas y desventajas del motor asíncrono
  • Aplicaciones del motor asíncrono

Tipos de motores eléctricos para automóviles

Solemos hablar de la potencia y la autonomía de los eléctricos, pero nos dejamos en el tintero las características de los motores

Como decíamos, existen varios tipos de motores eléctricos. Los fabricantes suelen montar de un tipo u otro en función del tipo de vehículo que diseñan y la función que va a desempeñar.

En la actualidad existen dos grandes grupos de motores eléctricos, los síncronos y los asíncronos. Hemos dividido el artículo en dos grandes bloques donde te desarrollaremos el funcionamiento de cada uno de ellos, sus ventajas, desventajas y qué modelos utilizan estos sistemas. De este modo, si en un futuro buscas un tipo de motor concreto, podrás hacerte una idea con facilidad de qué fabricantes trabajan con la tecnología que estás buscando.

Motor Síncrono

El Model 3 usa un motor eléctrico de imanes permanentes, a diferencia del Model S Teslarati

El motor síncrono es un tipo de motor eléctrico que se caracteriza por su velocidad de rotación sincronizada con la frecuencia eléctrica de la corriente alterna. Se trata de un motor eficiente y muy preciso, de ahí que se utilice desde hace mucho tiempo en el terreno industrial.

El funcionamiento del motor síncrono se basa en la interacción de dos componentes: el estátor y el rotor. El estátor es la parte externa del motor, la que vemos a simple vista. Es estático y tampoco se mueve cuando se pone el motor en marcha. Por otro lado, el rotor se encuentra en el interior del estátor y es una pieza móvil. Las bobinas del estátor son alimentadas por una corriente alterna trifásica, generando un campo magnético giratorio. Por otro lado, las bobinas del rotor son alimentadas por una corriente continua, produciendo campos magnéticos de polaridad alterna.

La atracción entre los polos opuestos del estátor y el rotor permite que ambos campos magnéticos giren a la misma velocidad, llamada velocidad de sincronismo. Esta velocidad es constante y depende de la frecuencia eléctrica de la corriente alterna y el número de pares de polos del rotor.

Los motores síncronos con más bobinas en el rotor y el estátor tienen velocidades más bajas, pero desarrollan mayor par mecánico. Sin embargo, estos motores no pueden acelerar o desacelerar y no soportan grandes fuerzas de resistencia.

Tipos de motores síncronos

Dentro de esta misma familia, podemos diferenciar entre dos tipos de motores en función de la forma en la que se magnetiza el motor. Los diferentes tipos de motores síncronos son los siguientes:

• Motores síncronos de imanes permanentes: estos motores utilizan imanes permanentes instalados en el rotor para lograr su magnetización de forma natural. Sin embargo, tienen una pega principal, y es que resulta complicado obtener estos imanes. Por tanto, muchos fabricantes no montan estos motores y buscan soluciones más asequibles, como veremos más adelante.
• Motores síncronos de alimentación externa: emplean electroimanes en el rotor, que requieren alimentación eléctrica para ser magnetizados. A diferencia de los motores con imanes permanentes, en estos propulsores el rotor necesita alimentación eléctrica desde el exterior.

Ventajas y desventajas del motor síncrono

En términos generales, el motor síncrono se caracteriza por su entrega eficiente de potencia. Una vez que se inicia la rotación del motor, se obtiene un rendimiento máximo. También pueden operar con niveles de tensión más bajos, lo que ayuda a prevenir sobrecargas y posibles daños en los componentes o riesgos para los usuarios. La tercera gran ventaja es la propia relación directa entre el campo magnético y el movimiento, pues se simplifica enormemente el proceso de diseño de los motores.

En el apartado negativo, el motor síncrono peca de consumir una mayor cantidad de energía durante el arranque. Esto sucede porque para iniciar el movimiento del vehículo, es necesario superar la barrera en la que el campo magnético no tiene la fuerza suficiente para iniciar la rotación del rotor.

Por otro lado, los dos tipos de motores síncronos tienen también sus pros y sus contras:

• El motor síncrono de imanes permanentes está construido de forma más básica, usa menos componentes y son más pequeños, lo que se suele traducir en una mayor fiabilidad. También trabajan de forma muy suave, sin vibraciones. En el apartado negativo, son motores caros. Esto se debe a que los recursos necesarios para producir estos imanes son muy limitados.
• Respecto al motor síncrono de alimentación externa, se soluciona el problema de los imanes, pero añadimos toda una colección de inconvenientes, tales como un mayor tamaño y peso, mayor rozamiento y vibraciones que pueden acelerar el desgaste, mayor coste de mantenimiento y menor eficiencia.

Aplicaciones del motor síncrono

Los motores síncronos de imanes permantentes también son ampliamente utilizados en los coches híbridos

Los motores síncronos se utilizan principalmente en vehículos en los que se quiere extender la autonomía o en los que tienen problemas de espacio. También hay casos especiales en los que se usan en vehículos de rendimiento. Los fabricantes que se inclinan por los motores síncronos utilizan casi siempre motores de imanes permanentes, pues, a pesar del precio, no tienen tantas desventajas como los alimentados de forma externa.

Un coche que hace uso de motores síncronos con imanes permanentes es el Tesla Model 3, a pesar de que Tesla en sus inicios se posicionó totalmente en el lado de los motores asíncronos. Otro fabricante que utiliza estos motores es Porsche, que busca el máximo rendimiento de un deportivo como el Taycan gracias a estos motores.

El motor síncrono también es el más utilizado en los vehículos híbridos, algo lógico, pues suelen tener mayores problemas de espacio. El principal exponente aquí sería Toyota, que hace uso de estos propulsores en prácticamente toda su gama híbrida.

También hay fabricantes que se inclinan por los motores síncronos de alimentación externa, aunque son minoría. Destaca aquí Renault, que incluso se ha desmarcado de su socio Nissan y utiliza estos motores desde 2012 en el Renault Zoe. En cualquier caso, los fabricantes de coches eléctricos baratos han optado por el motor asíncrono, que tiene otras particularidades y del que hablaremos en el siguiente apartado.

Motor Asíncrono

El Tesla Model S y el Model X comparten plataforma y motores asíncronos

Una vez comprendemos cómo funcionan los motores síncronos, podemos explicar con mayor facilidad cómo trabajan los motores asíncronos, que son los que están consiguiendo mayor protagonismo en el mercado del automóvil actual.

El motor asíncrono es un tipo de motor eléctrico cuyo rotor gira a una velocidad distinta al campo magnético del estátor, lo que lo diferencia de los motores síncronos. Los dos componentes clave de estos motores vuelven a ser el estátor, que es la parte externa estática con bobinas integradas, y el rotor, que es la parte móvil conectada a la transmisión de las ruedas.

Al alimentar las bobinas del estátor en secuencia, se genera un campo magnético giratorio que el rotor magnetizado sigue. La característica distintiva del motor asíncrono es que la velocidad de giro del rotor es diferente a la del campo magnético del estátor. Esta diferencia de velocidad es crucial para su funcionamiento —de hecho, si fueran al mismo ritmo, el motor se detendría—. El sistema permite que el rotor perciba constantemente variaciones en el campo magnético, manteniendo así su movimiento y evitando frenarse.

Ventajas y desventajas del motor asíncrono

Los fabricantes de automóviles lo tienen claro, y la gran mayoría de ellos se están volcando en los motores de inducción, que tienen numerosas ventajas respecto a los síncronos, aunque también tienen sus pequeñas debilidades.

Comenzando por los puntos positivos, el motor asíncrono no requiere de imanes permanentes. Una de las mejores aplicaciones que se han inventado para evitar el uso de las carísimas tierras raras es la de jaula de ardilla, que toma su nombre debido a que el diseño se asemeja bastante a las ruedas que se le ponen a los roedores.

Tampoco es necesario alimentar de forma externa el rotor, por lo que se mejora en términos de desgaste y se aumenta la eficiencia. Esto también se traduce en menores vibraciones y una mayor vida útil y fiabilidad del propulsor. Por último, pero no menos importante, el motor asíncrono no necesita tanta energía como el síncrono para arrancar, por lo que es una solución perfecta para coches de calle que van a pasar mucho tiempo en atascos, pasos de peatones y semáforos.

En el lado negativo, el motor asíncrono es más grande. Además, a igualdad de volumen, los motores de inducción son menos potentes. Son más pesados y dejan menos espacio a las baterías. También tienen cierto riesgo de sobrecarga, debido a que la potencia depende principalmente de la diferencia de velocidades entre campo magnético y rotor.

Por último, el desarrollo de los motores asíncronos es más complejo. No obstante, esto no debería preocuparnos en absoluto, pues las propias economías de escala y la experiencia de los fabricantes es suficiente para mejorar y abaratar los costes de producción de estos motores.

Aplicaciones del motor asíncrono

Podemos encontrar motores asíncronos en los modelos más altos de la gama de Tesla, es decir, en el Model S y el Model X, aunque cada vez son más populares dentro del mercado de los coches con cero emisiones.

Por otro lado, en el Grupo Volkswagen, cada marca ha apostado por distintas soluciones. Decíamos que Porsche ha optado por los motores síncronos de imanes permanentes, mientras que Audi —que usa las mismas plataformas que la marca de Stuttgart para sus modelos eléctricos—, utiliza motores asíncronos. Lo mismo ocurre con la nueva gama de vehículos de Volkswagen como el ID.3. Sin embargo, la marca de los aros sí usa motores síncronos de imanes permanentes, pero solo en los coches híbridos.

Para finalizar, Mercedes-Benz también ha optado por la misma estrategia de Audi. Utilizan motores síncronos para los híbridos y asíncronos para los que son totalmente eléctricos, como el Mercedes-Benz EQC.