¿Cual es el mejor motor para un vehículo eléctrico?.

Te explicamos como funciona el motor de tu próximo auto eléctrico

En los talleres o empresas donde se convierte vehículos tradicionales en eléctricos se buscan los motores eléctricos que mejor se ajusten al correcto funcionamiento y presupuesto del proyecto. La tecnología de la tracción eléctrica tiene dos líneas definidas en sistemas de tres fases, los de inducción y los de imanes permanentes sin escobillas.

Motor de Inducción del Kit AC1 de Autolibre.

Ahora explicaremos las diferencias y ventajas de cada uno y dejamos afuera de este estudio a los motores de CC con escobillas ya en desuso, pues son de menor eficiencia y necesitan mantenimiento.
A la pregunta ¿Cual es el mejor motor para un coche eléctrico? ¿Cuáles son las ventajas y
desventajas de cada uno de ellos?. Lo primero es admitir que dependerá del proyecto y las características del vehículo a convertir o diseñar. Hay diferentes tipos de motores que se adaptan a las necesidades particulares de cada aplicación, como pueden ser el precio y el rendimiento. Nuestra experiencia se basa en conversiones a eléctrico realizadas en México, Colombia, España, Ecuador, Paraguay, Argentina, Uruguay, Panamá donde se trabajo con zonas de compleja topografía.


La ventaja del eléctrico frente a los mas complejos motores de combustión. 

Hasta hace poco se usaban las baterías de plomo y los motores con escobillas (como en los carros de golf). Hoy en día, para proyectos comerciales casi ninguno ellos se utiliza (si para algunos del hágalo usted mismo) . El plomo ha sido reemplazado por litio y los motores de corriente continua con escobillas por otros de corriente continua sin escobillas o de inducción.

Rotor de un motor CC sin escobillas con imanes permanentes.


La regulación por contactores, por su parte, han dado paso a la modulación con inversores (controladores de velocidad). Entonces, ¿Cómo funcionan estas dos tecnologías? ¿Qué las diferencia y qué tienen en común? Vamos a empezar por las unidades de corriente continua (CC) sin escobillas.

Principio de funcionamiento: 

En los motores sin escobillas el rotor incluye dos o más imanes permanentes que generan un campo magnético de CC (como se ve desde el punto de vista del rotor). A su vez, este campo magnético entra en el núcleo del estator (compuesto por un laminado de metal) e interactúa con las corrientes que fluyen dentro de la bobina para producir una interacción de par entre el rotor y el estator. A medida que el rotor gira, es necesario que la magnitud y la polaridad de las corrientes del estator varíen continuamente – y en la manera correcta – de tal forma que el par de torsión permanezca constante y la conversión de energía mecánica a eléctrica sea la más eficiente. El aparato que proporciona este control de la corriente es el inversor. Sin él los motores sin escobillas no son operativos.


Motor de inducción y su inversor de velocidad (del coche eléctrico Tesla).

Vamos a pasar al funcionamiento del motor de inducción. Curiosamente, los estatores del motor de inducción de 3 fases y el motor de corriente continua sin escobillas son prácticamente idénticos. Ambos tienen tres conjuntos de bobinas o “devanados” que se insertan en el núcleo del estator. La diferencia esencial entre las dos máquinas está en el rotor. A diferencia del rotor de corriente continua sin escobillas, el rotor de inducción no tiene imanes. En su lugar tiene simples laminas de metal apiladas y conectadas con conductores periféricos que forman una “jaula de ardilla” (por su parecido a las ruedas donde corren los roedores enjaulados). Las corrientes que fluyen en los devanados del estator producen un campo magnético giratorio que entra en el rotor. La frecuencia de este campo magnético “vista” por el rotor es igual a la diferencia entre la frecuencia eléctrica aplicada y la “frecuencia” de rotación del propio rotor.

Estator 

En consecuencia, existe una tensión inducida a través de la “jaula de ardillas” que es proporcional a esta diferencia de velocidad entre el rotor y la frecuencia eléctrica. En respuesta a esta tensión, se producen corrientes dentro de los del rotor que son aproximadamente proporcionales a la tensión y también lo son, por lo tanto, a la diferencia de velocidad. Finalmente, estas corrientes interactúan con el campo magnético original para producir fuerzas, un componente de las cuales es el deseado par motor. Cuando un motor de inducción de 3-fases está conectado a una línea trifásica el par se produce desde el principio, el motor tiene la capacidad de arrancar con solo ser enchufado, no se necesita ningún inversor. El hecho de que los motores de inducción son directamente compatibles con la red eléctrica convencional es la principal razón de su éxito y uso en la industria. En contraste, un motor de corriente continua sin escobillas no produce ningún par de arranque cuando se conecta directamente a la red eléctrica de frecuencia fija. Los motores de corriente continua necesitan de la ayuda de un inversor cuyas “fase” se mantiene en sincronización con la posición angular del rotor. Mientras que los motores de inducción trifásicos tienen grandes ventajas, también tienen algunas limitaciones. La más clara es que no pueden operar con corriente continua, necesitan corriente alterna. Por otro lado como la velocidad del eje es proporcional a la frecuencia de la fuente cuando se conectan a la red son máquinas de velocidad constante y poseen un limitado par de arranque, así como un par máximo un tanto bajo en comparación con las máquinas de CC. Al añadir un inversor (sin ningún control de realimentación) se hace posible alimentar una máquina de inducción (de corriente alterna) con una batería u otra fuente de CC; también se hace posible tener una velocidad variable simplemente ajustando la frecuencia del inversor. Sin embargo, el rendimiento de par es bajo en comparación con las máquinas de corriente continua. Al agregar un poco de retroalimentación de tal manera que el inversor produce la frecuencia exacta que el rotor “quiere” el motor de inducción es capaz de competir con los modelos DC para aplicaciones en vehículos eléctricos. Hoy en día, todos los híbridos son impulsados por unidades CC sin escobillas (debido a su tamaño compacto con mayor densidad de potencia por Kg). Y los motores de inducción impulsan a la mayoría de los 100% eléctricos de producción.

Rotor Jaula de Ardilla de un motor de Inducción.

Los motores de corriente continua sin escobillas y los de inducción tienen estatores similares. Y ambas unidades utilizan inversores de modulación de 3 fases. Las únicas diferencias están en los rotores y en los controles del inversor. Y en el caso de controladores digitales, la única diferencia es el código de control, ya que las unidades de CC sin escobillas requieren un sensor de posición absoluta (seno coseno), mientras que las unidades de inducción requieren sólo un sensor de velocidad; estas diferencias son relativamente pequeñas. Una de las principales diferencias es que el calor que genera el rotor con la unidad CC sin escobillas es mucho menor. La refrigeración del rotor es más fácil y eficiencia máxima es generalmente más alta para este tipo de unidad. Esta también puede operar con un factor de potencia 1, mientras que el mejor factor de potencia de la unidad de inducción es de aproximadamente 0.85. Esto significa que la eficiencia energética máxima para una unidad de corriente continua sin escobillas será típicamente unos pocos puntos porcentuales superior a la de una unidad de inducción.
En una unidad sin escobillas ideal la fuerza del campo magnético producido por los imanes permanentes sería ajustable. Cuando se requiere un par máximo, especialmente a bajas velocidades, la fuerza del campo magnético (B) debe ser máximo, de modo que las corrientes del inversor y del motor se mantienen a sus valores más bajos posibles. Esto minimiza las pérdidas (I² R – corriente al cuadrado por resistencia) y de ese modo optimiza la eficiencia. Del mismo modo, cuando los niveles de par son bajos, el campo magnético debe ser reducido de tal manera que las pérdidas debidas a las corrientes de Foucault y a la histéresis también se reduzcan. Idealmente B debe ser ajustado de tal manera que la suma de las pérdidas por las corrientes de Foucault, histéresis e I² se reduzcan al mínimo. Desafortunadamente, no hay una manera sencilla de cambiar la magnitud de B con imanes permanentes. En contraste, los motores de inducción no tienen imanes y los campos magnéticos son “ajustables”, ya que B es proporcional a V/f (tensión entre frecuencia). Esto significa que en cargas ligeras el inversor puede reducir la tensión de tal manera que las pérdidas magnéticas se reducen y se maximiza la eficiencia. Por lo tanto, la máquina de inducción cuando se opera con un inversor inteligente tiene una ventaja sobre una máquina de corriente continua sin escobillas – las pérdidas magnéticas y de conducción pueden ser tratadas de tal manera que se optimiza la eficiencia. Esta ventaja se vuelve cada vez más importante a medida que aumenta el rendimiento. Con el motor de corriente continua sin escobillas las pérdidas magnéticas aumentan proporcionalmente con el tamaño de la máquina, y la eficiencia para cargas parciales disminuye. Con la inducción, las pérdidas no crecen necesariamente con el tamaño de la máquina. Por lo tanto, las unidades de inducción pueden ser el enfoque preferido en donde se desea de alto rendimiento; aunque la eficiencia máxima será un poco menor que con motores de corriente continua sin escobillas, la eficiencia media en realidad puede ser mejor. Si bien es cierto que los motores de inducción son mas difíciles de controlar en lo que respecta al desarrollo de la programación del controlador en la estabilización de todo el rango de par/velocidad/ temperatura, luego de definida la solución se obtiene un equipo confiable y de menor costo.

Kit AC1 de motor de Inducción Autolibre y controlador de 84V.

Y en esta cuestión del precio es donde el motor de inducción el claro ganador. Los imanes permanentes son caros, algo así como 90 dólares por kilogramo ( el precio depende de metales raros como el neodimio). Los rotores de imán permanente son además difíciles de manejar debido a las fuerzas, muy grandes, que entran en juego cuando algo metálico se acerca a ellos. Esto significa que los motores de inducción probablemente mantendrán una ventaja de costos sobre las máquinas de imán permanente. Además, debido a la capacidad de debilitamiento de campo de las máquinas de inducción, los requisitos para el inversor y por lo tanto los costes parecen ser más bajos, en especial para las unidades de alto rendimiento. Ya que la maquinas de inducción en funcionamiento producen poca o ninguna tensión cuando se deja de suministrar corriente son más fáciles de proteger. Ambos sistemas de motores de inducción y de imanes permanentes seguirán en carrera y dependiendo de los requerimientos de la relación peso/potencia/costo serán aplicables en cada vehículo de fabrica o convertido. Lo que si es seguro es que prácticamente no veremos más a los sistemas de motores de corriente directa con escobillas.

Taller de conversión de vehículos eléctricos.

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     Gabriel González Barrios
Director Organización Autolibre
Por mas información sobre capacitación a distancia Autolibre, visite:
http://autolibre.blogspot.com/2013/10/desarrollo-de-vehiculos-electricos-en.html

Aquí hay algunos Manuales on line con asesoramiento tecnico incluido sobre conversiones:
Manual de Armado de Coches Compactos Eléctricos. (Clik aquí)
Manual de Armado de todo tipo de vehículos Eléctricos (Clik aquí)
Manual de Armado de Vehiculos Eléctricos e Híbridos (Clik aquí) 

35 comentarios:

  1. Muy buen articulo ......pasame precios del kit para un auto chico............ para buenos aires

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    1. Aqui encuentra los Kit de conversion, con motores y controladores de velocidad: www.autolibreelectrico.com
      Para un vehiculo compacto hay Kit desde 1950 dolares. Por mas Info. escribir a auto.libre@hotmail.com

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  2. Respuestas
    1. Aqui encuentra los Kit de conversion, con motores y controladores de velocidad: www.autolibreelectrico.com
      El Kit AC1 sale desde 3700 dolares. Por mas Info. escribir a auto.libre@hotmail.com

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  3. Como siempre, muy buen informe Gabriel. En cuanto anda un kit como para un vehiculo de 900kg mas o menos?
    Sds.Fernando

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    1. Gracias Fernando. Aqui encuentra los Kit de conversion, con motores y controladores de velocidad: www.autolibreelectrico.com
      Para un vehiculo compacto hay Kit desde 1950 dolares. Por mas Info. escribir a auto.libre@hotmail.com

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    2. buenos días disculpe seria tan amable de enviarme información necesaria incluyendo precios a mi correo electrónico xfa ivanjr095@gmail.com .. en donde estan ubicados saludos desde Ecuador

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  4. Como siempre muy buen articulo Gabriel. Sds.Fernando

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  5. hay un manual que empiese de cero en adactar a electrico o hibrido paso a paso

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    1. Si, este: http://autolibre.redtienda.net/pro.php?id=185858

      Estamos a las ordenes por consultas o ampliacion de informacion, saludos.

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  6. Saludos, una consulta, que batería seria la mas aconsejable para este tipo de motor? y de cuanto AH cada batería.

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  7. El costo del kit es el costo de la conversión? O mas o menos cuanto mas hay que invertir? O sea cuanto me sale la trasformación de un auto compacto?
    Se puede hacer la conversión a vehículos automáticos?
    Cual seria el costo o el kit recomendado para una ford freestar? Y cual es la velocidad máxima que esta alcanzaría y la autonomía? Los precios de los kits son mas envío? Y cual seria el costo del envío a la ciudad de Mexico en caso de haberlo ?

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  8. Buen día, me puedes decir el costo del kid para un megane 2.0, con el costo de envío a la Ciudad de México. Recibe un fuerte abrazo Atte. Miguel Angel

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  9. ¿Cómo puedo calcular, en promedio, la potencia minima del motor eléctrico para hacer la conversión a un vehículo?

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  10. Hola tienen alguna sucursal en la cuidad de México df

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  11. hola amigos estoy interesado en un kit cuanto seria el costo para Venezuela y es para una mini van gracias

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  12. se puede convertir a eléctrico un Dodge Stratus, y como cuanto saldría el presupuesto

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  13. hola quisiera saber cuanto cuesta convertir un fiorino a electrica como la de ute gracias

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  14. Necesito cuanto es el valor Del Kit y si es posible instalarlo en un Auto Honda modelo Acord. y como hacer la transaccion comercial. Soy de Arica Chile.

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    1. Hola Victor. El kit AC2 para una máxima de 130 Kmh, lo vendemos desde USA a 4500 dolares. Si le interesa recibirlo escríbame un email a cocheelectrico@gmail.com y le responderé con los detalles, gracias.

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  15. hola soy de peru , un cordial saludo para usted y quisiera saber porfavor cuanto me cuesta un kit para un auto toyota tercel .

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  16. Hola, me gustó mucho esta página, pero una pregunta: ¿sabéis si hacer esta conversión es "legal" en España?

    Gracias!!!!!

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  17. Hola Soy de Peru cuanto cuesta el kit para convertir un Ford Bronco II, motor 2.9 L, 6 cilindros, este kit incluye las baterias?, espero su pronta respuesta pues estoy por convertir este carro a gas.
    gracias

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  18. hola, soy vicente de peru cuanto me cuesta un kit completo para un motaxi (trimoto)

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  19. una pregunta de Uruguay y las baterias no contaminan, que se hacen con ellas y cuantos años duran porque si reciben 400 cargas son un año y poco
    gracias luis de Uruguay

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    1. Hola Luis. Normalmente las baterías AGM se compran en forma local y se cambian de promedio a los tres años, luego se pueden reutilizar en sistemas de acumulación estacionaria de energía en sistemas solares o eólicos. Las de litio se usan unos 10 años antes de reutilizarlas. Saludos.

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  20. cuanto me cuesta el kit de conversion para un automovil attitud año 2008 maquina 4 cilindros automatico de la dodge chrysler

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  21. La información sobre los coches electricos es muy completa, de seguro me robo u oco para armas unapequeña exposición muchas gracias por el aporte

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  22. Hola, se puede transformar un carro grande a eléctrico y cuánto costaría el kit? Si el motor que trae es un 6 cilindros de 3.8 litros

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  23. saludos señores auto libre vengo solicitando el precio del kit pero hasta la vez me envian informacion en ecuador empezaron a armar autos electricos con los componentes argentinos y los brasileños pero veo q ustedes tienen mas tecnologia en lo q a motores compactos y controladores se refiere o no es asi enviemen mas informacion de ante mano gracias

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  24. Muy buen artículo, pero quisiera saber cómo funciona un motor a inducción como regenerativo?.

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  25. Cuanto cuestam las baterías..


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  26. Buenos Días.
    Soy de Colombia-Bogotá
    Quiero hacer una conversión para una auto familiar de 5 pasajeros con una autonomía de 200 km, en terrenos montañosos y planos pavimentados desde luego. Gracias. ¿Que costo tendría?.

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  27. Hola buen dia soy de sinaloa mexico me podria decir como puedo tener mas informacion paso a paso, estoy interesado en empezar un proyecto. Saludos.

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  28. tengo un proyecto y quiero instalar un motor de 50 hp o un poquito mas de ser posible, (no es para un auto) pero no voy a usar ningún tipo de batería excepto alguna pequeña de respaldo, voy a utilizar uno o dos generadores de energía eólica como fuente de alimentación, es posible esto? de ser posible me pueden indicar que motor me pueden ofrecer, cual es el precio, con envío a Costa Rica, y que especificaciones en potencia para los generadores eólicos, el motor me tiene que mantener sostenido 50 hp continuo por lapsos de 1 a 5 horas durante dos días a la semana o tres días a la semana, (5 horas continuas) y el sistema de enfriamiento, estarán instalados donde reciben fuertes corrientes de viento.

    si me pueden ayudar les compro el equipo, no necesito sistema re-generativo de recarga y si es posible equipo libre de mantenimiento aunque cueste mas
    gracias,
    Jesús Quesada
    Costa Rica

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