O “E-Motor” da McLaren

Formula E 2020

Colaboração: Bruno Bueno Furquim

Quando invadimos a Fórmula-E muitas dúvidas acabam surgindo. É normal entusiastas do Motorsport apresentarem uma certa repulsa a esse tipo de veículo, isso porque a sua principal característica é envolver motores elétricos (ME) ao invés dos tão familiarizados motores de combustão interna (MCI). Através desta publicação buscarei falar um pouco mais dos polêmicos ME e tentar apresentar aos apaixonados pelo automobilismo uma realidade a qual veio tornar a “brincadeira” mais interessante ao contrário do que muitos imaginam.

Ao buscar conhecer um pouco mais sobre os carros da Fórmula-E a marca McLaren se torna muito presente. Isso ocorre porque a McLaren Applied Technologies (MAT) participou do ABB FIA Formula E Championship em 2013, quando sua subsidiária, McLaren Electronic Systems (MES), foi contratada para desenvolver o motor do Spark-Renault (SRT-01E). A McLaren continuou desenvolvendo os motores para a temporada de 2015/16, fazendo pequenas atualizações no design para a Team Aguri e da Andretti Formula E. Eles também foram contratados para desenvolver um novo powertrain para a Mahindra Racing, porém sua parceria chegou ao fim em 2016, com a Mahindra assinando um acordo com Magneti Marelli antes da temporada 2016/17. Atualmente, a Mahindra assinou o seu projeto de powertrain com a ZF Friedrichshafen AG.

Sendo assim é possível notar a forte presença dos “E-motor” na Fórmula E, e nada seria mais justo do que usá-lo como referência.

O E-Motor de 120kW é um motor/gerador de corrente alternada (CA) e trifásico – polifásico -, conhecido como motor síncrono de ímã permanente – MSIP – usado muito em veículos elétricos e híbridos – Assim como o McLaren P1. A unidade é alimentada por uma conexão elétrica trifásica de alta tensão por um inversor DC/DC, como o MCU-500 da própria McLaren – assunto para outro post. Quando combinada com o MCU-500 e alimentada por um barramento de 535V DC a unidade pode ser controlada através de demandas de torque e/ou velocidade, como pode ser visto na figura abaixo.

A questão é: porquê usar esse tipo de motor?
Para que possamos entender essa escolha é necessário fazer um comparativo. Será necessário compreender que existem algumas possíveis opções e para efeito de melhor ilustração selecionei dois tipos de motores distintos, um sendo AC de imã permanente – assim como o da McLaren -, e o outro CC de indução.

Antes, porém, é necessário uma breve explicação de como são esses motores por dentro para posteriormente entrar em maiores detalhes sobre as diferenças entre eles. Os motores elétricos consistem principalmente de um rotor e um estator. O estator é a parte fixa de uma máquina elétrica, enquanto a parte móvel é chamada de rotor. Em específico, o motor da McLaren trabalha com uma corrente contínua e consequentemente o estator será formado por uma armação cilíndrica de aço sólido. Esta armação muitas vezes possui pólos magnéticos ou bobinas anexadas para corresponder o mesmo efeito, que é gerar campo magnético.

Os motores de ímã permanente (MIP), como vemos no GIF abaixo, possuem simplificadamente dois campos magnéticos diferentes, sendo um deles gerado pelo estator – peça fixa com campo magnético variável – e outro gerado pelo rotor – peça móvel com campo magnético constante gerado pelos ímãs permanentes. Por conta disso o rotor passa a adquirir velocidade, pois esses campos magnéticos tentam sempre se alinhar em sincronismo – se tornar síncronos. Consequentemente, essa velocidade torna-se dependente do campo variável do estator, isto é, temos então a primeira característica importante desse motor, o fato da velocidade de rotação ser proporcional à tensão de acionamento, como pode ser visto no gráfico do GIF.

Enquanto isso, os motores de Indução (MI), também buscam manter seus campos magnéticos alinhados, porém possuem mais dificuldade – assíncronos. Isso acontece pois a  única diferença é que o campo magnético do rotor não é permanente, mas sim induzido pelo próprio estator. Isto é, antes o estator não interferia no rotor, mas agora sim.

Sendo assim, motores MIP – embora tenham o nome maior -, são de menor complexidade, ou seja, menor risco de quebra em comparação com os MI – de nome menor. Isso ocorre porque os campos magnéticos agem de forma independente e previsível por não necessitarem da indução. Dessa forma, não se perde tempo buscando um “embelezamento” da curva de eficiência, dado que os valores já são bem discerníveis. A vantagem de possuir um rotor com campo magnético permanente é o fato de poder elevar o seu fluxo magnético e não se preocupar com o fluxo do estator devido a sua autonomia.

Outra principal vantagem é o fato dos motores MIP girarem sempre com a mesma velocidade com que o campo magnético é produzido no estator por serem motores síncronos, enquanto que os MI possuem uma velocidade mais lenta. Por conta disso, também temos um controle de velocidade mais preciso.

E principalmente o fator de economia de energia elétrica e alta densidade de potência, coisas que são importantes quando nos referimos à carros de competição, devido o alívio de peso e disponibilidade de espaço.

Enfim, espero ter ajudado a entender um pouco mais desse universo de motores elétricos. Há mais algumas vantagens, mas prefiro não me estender muito, pois seria necessário explicar mais alguns detalhes técnicos… Abaixo deixarei algumas fotos do motor da McLaren que é usado na Fórmula E!

Referências:
https://formula-e.fandom.com/wiki/McLaren_Applied_Technologies
https://www.celeramotion.com/applimotion/support/technical-papers/sinusoidal-drive-operation-with-brushless-pm-motors/
https://www.mclaren.com/applied/products/item/e-motor-120kw-130nm/
http://pee.ufrj.br/teses/textocompleto/2013032101.pdf
http://automoveiseletricos.blogspot.com/2012/08/motor-ca-de-imas-permanentes-vs-motor.html
https://www.newkidscar.com/electric-car/permanent-magnet-synchronous-motor-construction/
https://pt.demotor.net/definicoes/estator.html

Bruno Bueno Furquim
São Paulo – SP

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