IDTechEx discute 4 maneiras de eliminar terras raras em motores EV e uma que você ainda não ouviu falar

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14 de agosto de 2023, 7h13 horário do leste dos EUA

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BOSTON, 14 de agosto de 2023 /PRNewswire/ -- O uso de terras raras em diversas tecnologias modernas tem chamado a atenção ao longo dos anos. Mas com a crescente procura de veículos eléctricos (VE), a questão veio à tona. 82% do mercado de carros elétricos em 2022 utilizava motores elétricos baseados em ímãs permanentes de terras raras. A China controla em grande parte o fornecimento de terras raras, o que levou a uma volatilidade significativa dos preços nos anos anteriores, com um grande aumento em 2011/2012 e um grande aumento entre 2021-2022. Crucialmente, em comparação com algumas outras tecnologias, vários métodos podem ser usados ​​para eliminar o uso de terras raras em motores elétricos, que serão descritos neste artigo juntamente com os prós, contras e adoção.

Este artigo é baseado no último relatório "Motores elétricos para veículos elétricos 2024-2034" da IDTechEx, que analisa diferentes tecnologias de motores quanto ao desempenho, materiais, adoção de mercado e potencial futuro.

Para descrever resumidamente a construção de um motor elétrico, uma parte estacionária (estator) possui bobinas de metal (normalmente cobre) alimentadas por uma corrente elétrica para gerar um campo magnético. Este campo irá então girar a parte rotativa do motor (rotor). Em um motor de ímã permanente (PM) de terras raras, os ímãs estão localizados no rotor.

1. O motor de indução

Num motor de indução (ou motor assíncrono), o campo magnético rotativo produzido pelo estator induz correntes no rotor, que por sua vez produz um campo magnético que é atraído/repelido do campo radial dos enrolamentos do estator. O motor de indução utiliza barras ou enrolamentos de cobre ou alumínio no rotor. Esses motores normalmente apresentam boa potência de pico e densidade de torque em curtos períodos, mas podem ser difíceis de gerenciar termicamente e normalmente têm eficiência inferior às opções PM.

Os motores de indução têm sido comuns no mercado de EV, sendo a principal escolha da Tesla até o lançamento do Modelo 3 (que adotou um design PM). No mercado automóvel, permanecem alguns proponentes, como Audi e Mercedes, mas os motores de indução são agora amplamente utilizados como motor secundário, utilizado para aumentos de aceleração, uma vez que não criam arrasto quando não estão em uso, eliminando a necessidade de um desacoplador.

2. O motor do rotor enrolado

Também conhecido como motor síncrono excitado externamente (EESM), o motor síncrono de rotor enrolado (WRSM) substitui os ímãs do rotor por enrolamentos de bobina que podem ser alimentados com uma corrente CC para gerar um campo magnético. Isto tem a vantagem de poder controlar o campo do estator e do rotor. As desvantagens são as etapas adicionais de fabricação necessárias para adicionar enrolamentos ao rotor e as escovas são necessárias para transmitir energia ao rotor. Historicamente, esses motores também tiveram menor potência e densidade de torque, mas as versões modernas são comparáveis ​​aos motores PM.

A Renault foi uma das primeiras defensoras desta tecnologia no Zoe, mas agora a BMW e a Nissan adotaram este design, e a MAHLE de nível 1 apresentou uma versão com transferência de potência sem fio para o rotor, eliminando as escovas.

3. O motor de relutância comutado

Os motores de relutância chaveada (SRMs) são potencialmente os mais simples de construir, com o rotor sendo em grande parte construído em aço. O aço do rotor tem baixa relutância em comparação com o ar ao seu redor, de modo que o fluxo magnético viaja preferencialmente através do aço enquanto tenta encurtar o caminho do fluxo, girando o rotor. Apesar de sua simplicidade e confiabilidade, os SRMs normalmente sofrem com menor potência e densidade de torque, além de outros problemas, incluindo oscilação de torque e ruído acústico.

Embora os SRM tenham sido em grande parte confinados a aplicações mais industriais ou de serviço pesado, estão a ser feitos esforços significativos no seu desenvolvimento para VE. Empresas como a Turntide Technologies adicionaram mais pólos de rotor e estator e criaram sistemas de controle mais sofisticados para superar os problemas tradicionais. A Advanced Electric Machines, sediada no Reino Unido, desenvolveu um novo tipo de motor com um rotor segmentado que permanece simples na construção, mas que elimina o ruído acústico e a ondulação de torque, ao mesmo tempo que melhora a potência e a densidade de torque; este design é o centro de um projeto junto com a Bentley.