¿Cómo funciona el torque en un auto eléctrico? ¿Qué da la potencia para cambiar la marcha? ¿Cómo hace el motor eléctrico para arrastrar el coche en...

En el mundo de los autos eléctricos hay muchos tipos de motores:

• DC de escobillas (Ya obsoleto, solo usado en equipos muy antiguos)
• DC sin escobillas
• AC asincrónico (conocido como de inducción)
• AC Sincrónico de imanes permanentes
• AC Sincrónico de reluctancia e imanes permanentes

Los más usados a día de hoy en los autos como tal son los AC de imanes permanentes y los AC de inducción. Los DC sin escobillas los verás más en otros medios de transporte de menos peso como motos, triciclos o cuadriclos.

Para poder mover el motor en los casos anteriores* es necesario crear un campo magnético rotativo en el núcleo del motor, ésto sólo es posible si alimentas el motor con corriente alterna. Al crear este campo magnético rotativo (el cual se crea en el estator, la parte que no se mueve), el rotor del motor girará en la misma dirección del campo magnético que pudiste crear, siguiendo unas pequeñas pero importantes diferencias que dependen del tipo de motor:

• Si es un motor sincrónico o un DC sin escobillas el rotor se moverá a la misma velocidad del campo magnético
• Si es un asincrónico lo hará a una velocidad menor con respecto a la velocidad del campo magnético.

A esta velocidad del campo magnético del estator se le conoce como Velocidad sincrónica

*El motor de DC sin escobillas utiliza un campo magnético similar al de los motores AC y por eso su comportamiento es el mismo.

El torque del motor depende directamente del valor del flujo magnético (es como el agua en las tuberías) que logres crear en el núcleo del motor, este flujo magnético para manifestarse depende de la Fuerza Magnetomotriz* (similar a la presión del agua en las tuberías) y esta fuerza magnetomotriz a su vez depende del nivel de voltaje al cual alimentes el motor. A mayor voltaje, mayor fuerza PERO se mantiene a la misma velocidad.

La velocidad depende de la frecuencia de la corriente alterna con la que alimentas tu motor.

En mi casa la corriente alterna es a 110V 60Hz, la velocidad sincrónica para este caso es de 3600 rpm, si conecto mi bomba de agua (que es un motor AC de inducción) esta trabajará a una velocidad fija y con un torque fijo, ahí yo no tengo regulación ninguna. Si le pongo un transformador 110V/220V y lo alimento con 220V lograré que el motor trabaje a una velocidad un tilín mayor que cuando estaba a 110V pq ahora tiene más fuerza, pero nunca se pasará de la velocidad sincrónica. PD: No lo hagan, se les romperá la bomba.

Resumiendo, para poder controlar la velocidad del motor debes entonces modificar la frecuencia y para poder controlar el torque debes modificar el voltaje. A continuación te pondré una aplicación de esto pero en la industria.

El tipo de control de velocidad de motores más básico que existe es el conocido como "Control V/F" en el cual, a medida que se aumentas la frecuencia de la alterna aumenta también el voltaje, esto te permite que el motor arranque de una forma suave con el mismo torque. Por supuesto, en vehículos eléctricos el control es similar.

Es necesario tener en cuenta que hay un momento en el que no puedes aumentar más el voltaje al cual alimentas tu motor, si conectaste el motor en 240V no te puedes pasar de 240V, sin embargo la frecuencia si puedes seguir aumentándola, a costa de que el torque (la fuerza del motor) baje.

Fíjate en la gráfica anterior, el Nissan Leaf empieza con un par recto porque el nivel de voltaje alcanza para la frecuencia que le pones al motor. Si llegas al voltaje máximo que le puedes entregar y sigues aumentando la frecuencia, el par entonces decrece.

Cuando vas a subir una pendiente, el controlador del motor detecta que tiene un torque contrario a su torque de avance y calcula entonces qué tanto va a variar Voltaje y Frecuencia para entonces ofrecerte una subida lo más cómoda posible.

Con respecto a la caja de cambios, la mayoría de coches eléctricos actuales lo que tienen es un juego fijo de engranajes, la curva de torque tan buena del motor eléctrico permite esto.

Espero que esta respuesta te sea útil, traté de describir todo lo más sencillo posible ????

*Fe de erratas: había puesto Intensidad del campo magnético en vez de Fuerza Magnetomotriz (o FMM), en la naturaleza se manifiesta la Ley de Hopkinson: FMM=Φ*R , puede notarse que es muy similar a la Ley de Ohm con la diferencia de que en vez de Voltaje tenemos FMM; en vez de corriente, flujo magnético (Φ) y por último la Reluctancia (R) que no es más que la oposición que opone el material ante el paso del flujo magnético, como mismo hace la resistencia con la corriente.

De paso, dejaré una tabla por aquí abajo de equivalencias entre magnitudes magnéticas y eléctricas: