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Motore auto elettrica: come funziona, tipologie e costi
Redazione AutoScout24 · 29/06/2023 · Lo leggi in 13 minuti
Quando si parla di automobili elettriche, spesso la discussione si fissa sulle batterie, considerate (anche a ragione) non ancora pronte per una motorizzazione di massa.
Se c’è un componente che è già più che pronto è il motore dell’auto elettrica, che sotto ogni punto di vista misurabile rappresenta un passo avanti rispetto al motore termico. Prima di capire come funziona, le tipologie di motore dell’auto elettrica e i costi, spieghiamo in che senso il motore elettrico è già superiore al motore termico. Non parliamo infatti di livelli di inquinamento, impatto ambientale o altri dati collaterali, ma proprio delle caratteristiche del motore elettrico, prima fra tutti l’efficienza. Noi siamo abituati a vedere i motori termici, benzina e Diesel, più efficienti raggiungere un livello di efficienza termica del 40%, massimo 45%: ovvero, il 40/45% dell’energia generata dal motore si trasforma in movimento, e il restante 55/60% dell’energia si disperde, ad esempio in calore.
Un motore di auto elettrica tradizionale, di quelli montati sulle utilitarie e compatte più economiche, invece, ha un’efficienza media superiore al 90%. Conti alla mano, in quanto a efficienza non c’è partita. I motori elettrici, poi, hanno dimensioni davvero contenute a parità di potenza con i motori termici. Questa caratteristica rende più facile “sperimentare” e realizzare configurazioni più originali come l’installazione di più motori su un’automobile o il posizionamento differente dei propulsori, ottenendo risultati migliori in termini di maneggevolezza, guidabilità e sfruttabilità degli spazi. Come ormai ben sappiamo, poi, i motori elettrici erogano la loro potenza fin da 0 giri, rendendo inutile l’inserimento di una frizione, e hanno un’erogazione costante di questa potenza massima fino al limite dei giri, posto solitamente ben oltre quota 15.000 giri, rendendo ridondante anche una trasmissione a più rapporti. I motori elettrici, infine, sono molto silenziosi, rendendoli così invisi agli appassionati più “duri e puri”, hanno poche parti mobili (risultando così più affidabili dei propulsori termici) e possono garantire prestazioni molto più vigorose di un equivalente motore termico. I motori elettrici possono infine diventare dei generatori quando non erogano potenza, migliorando l’efficienza dell’automobile stessa.
Come funziona il motore di un’auto elettrica? Quali sono le tipologie di motore elettrico, e quanto cosa? Scopriamolo insieme.
Cominciamo a conoscere dalle basi il motore dell’auto elettrico, da come funziona e dalle sue peculiarità che lo rendono molto interessante per l’utilizzo su automobili e non solo. In pochissime parole, un motore elettrico utilizza l’energia elettrica accumulata dalla batteria e la trasforma in energia meccanica, facendo muovere le sue componenti interne per poi, a sua volta, mettere in moto le ruote e quindi muovere la vettura. Ad alimentare il motore dell’auto elettrica è ovviamente la batteria, ma visto che il motore elettrico non deve per forza essere alimentato da un classico pacco batterie può essere adattato a tutte le tipologie di accumulatori capaci di cedere energia elettrica, come le celle a combustibile delle automobili a idrogeno che, infatti, sono dotate di un motore elettrico. In ogni caso, il motore elettrico riceve energia elettrica dall’inverter, componente fondamentale di un’automobile con motore elettrico. L’inverter, infatti, ha l’indispensabile funzione di trasformare la corrente continua proveniente dalla batteria in corrente alternata utilizzabile dal motore elettrico.
La maggior parte dei motori dell’auto elettrica è in grado di funzionare sia con corrente alternata che continua, e il suo funzionamento è molto semplice, soprattutto confrontandolo con i motori termici. Se infatti abbiamo imparato a conoscere le decine di componenti che formano un motore come bielle, valvole, pistoni, alberi motore, alberi a camme e così via, i motori elettrici sono formati da pochissime parti meccaniche, delle quali quelle mobili sono circa tre.
Come funziona il motore dell’auto elettrica? Il motore elettrico è essenzialmente composto da tre parti: lo statore, il rotore e l’involucro esterno, detto anche armatura. Come funziona quindi il motore di un’auto elettrica? Per capirlo, dobbiamo anticipare la conoscenza delle due tipologie più utilizzate di motore elettrico, il motore asincrono e quello sincrono a magneti permanenti. Entrambe funzionano essenzialmente grazie allo stesso principio, con differenze importanti dal punto di vista prestazionale ma non molto ampie a livello teorico del funzionamento. Lo statore è la parte statica del motore elettrico, ed è costituito da bobine di filo di rame, poste radialmente rispetto al rotore, un piccolo cilindro pieno posizionato al centro del motore elettrico che gira intorno al suo asse. Quando la corrente attraversa le bobine dello statore, si crea un campo magnetico che fa girare il rotore, il quale crea a sua volta un altro campo magnetico. Tutta questa rotazione si basa sul principio fisico dell’induzione elettromagnetica: quando il rotore comincia a girare, il suo campo magnetico tende ad allinearsi a quello dello statore.
Nel dettaglio, il motore sincrono a magneti permanenti, conosciuto anche come motore brushless, il grande rotore ruota seguendo il campo magnetico dello statore (da qui arriva il nome sincrono). Il motore asincrono, invece, il rotore utilizza la corrente per generare un proprio campo magnetico che quindi non è congiunto rispetto a quello dello statore: da qui arriva la definizione di “asincrono” poiché i due campi magnetici non sono sincronizzati. Per via delle pochissime parti mobili, il motore elettrico è più compatto e più leggero di un motore termico, e per questo anche molto più affidabile. Se nei motori asincroni dotati di spazzole (le cosiddette “brushes”) queste devono essere sottoposte a manutenzione periodica (sebbene molto sporadica) per mantenere la loro capacità di creare un campo magnetico, i motori sincroni a magneti permanenti sono pressoché privi di manutenzione ordinaria. I motori elettrici hanno poi un’altra grande caratteristica, ovvero quella di trasformarsi, quando non erogano potenza, in veri e propri generatori di energia. Quando l’automobile rallenta, infatti, l’energia cinetica permette al motore di girare comunque nonostante non stia erogando potenza. In questo frangente, grazie all’inversione di polarità del motore questo si trasforma in un vero e proprio generatore, che tramite l’inverter è in grado di ricaricare la batteria.
Non si fermano qui i punti di forza dei motori elettrici. Rispetto ad un classico propulsore termico, infatti, i motori elettrici riescono ad erogare tutta la potenza e la coppia che hanno a disposizione fin da 0 giri e costante per tutto il range di giri, che sui motori più prestanti può raggiungere i 15/18.000 giri. Questa caratteristica permette di rinunciare a trasmissioni e frizioni, in quanto visto che l’erogazione della potenza è presente fin dagli 0 giri non c’è bisogno di gestire l’erogazione della potenza. In più, i motori elettrici sono molto più silenziosi. Non sono completamente “muti”, in quanto emettono un sibilo caratteristico, ma di certo sono molto meno rumorosi di un motore a scoppio. Questo può essere un limite per gli appassionati della guida, ma su un’auto “normale” queste caratteristiche rendono le automobili più facili da guidare, ma anche più vivaci e prestanti.
Un altro dei vantaggi dei motori elettrici è, ovviamente, l’assenza di emissioni locali, mentre come detto in precedenza le poche parti mobili rendono i motori elettrici compatti e leggeri. Si tratta di un enorme vantaggio per la sicurezza, poiché non bisogna considerare l’effetto del grosso motore termico durante gli impatti, ma anche per la guidabilità, l’abitabilità e, non dimentichiamo, lo stile. Un motore elettrico compatto e leggero è posizionabile all’anteriore o al posteriore o in entrambe le posizioni per vetture ad alte prestazioni e con doppio motore. L’assenza di un motore termico ingombrante e le diverse soluzioni per la batteria, poi, permettono un design più originale e personale, con forme molto diverse a seconda degli obiettivi da raggiungere per il modello. Basti vedere Volkswagen ID.3, Honda e, Hyundai Ioniq 6 o BMW iX: sono tutte automobili elettriche, ma sono estremamente diverse l’una dall’altra a livello stilistico, meccanico e funzionale. Infine, un altro punto di forza dei motori elettrici è la durata nel tempo: come detto in precedenza, i motori elettrici sono formati da pochissime parti mobili, e questo gli permette di avere una durata pari o addirittura superiore all’automobile elettrica sui quali sono montati.
Non tutto è oro quel che luccica, però. I motori elettrici hanno alcuni lati negativi, ma sono tutto sommato contenuti rispetto ai loro punti di forza. Per alcuni, ad esempio, i motori elettrici hanno un’erogazione troppo aggressiva, che rende poco piacevoli i viaggi su auto a zero emissioni. In più, i motori elettrici non hanno quell’emozionalità delle automobili termiche, rendendo più asettico e meno passionale l’utilizzo di un’automobile elettrica. Sebbene questi siano limiti soggettivi, tra i pochi difetti oggettivi dei motori elettrici c’è un’efficienza inferiore alle alte velocità, e anche le prestazioni, eccellenti da 0 a circa 100/120 km/h, scendono progressivamente con l’aumentare della velocità. Questo rende le automobili elettriche poco adatte all’utilizzo extraurbano e soprattutto autostradale: anche con batterie molto capienti, l’autonomia in autostrada può scendere anche del 50% rispetto alle percorrenze cittadine. Il più grande limite delle automobili elettriche è proprio rappresentato dalla batteria.
Se il motore elettrico è già molto avanti nel suo sviluppo e può essere considerato migliore sotto tanti punti di vista rispetto ai motori termici, le attuali batterie, con la scarsa autonomia e l’obsolescenza di cui sono protagoniste, sono il vero limite alla diffusione dell’automobile elettrica.
Motore auto elettrica: tipologie
Abbiamo quindi capito come funziona il motore dell’auto elettrica, i suoi pregi e i suoi difetti. Scopriamo allora quali sono le tipologie del motore dell’auto elettrica, partendo dalla prima separazione, quella tra motori a corrente alternata, quelli più comuni, e quelli a corrente continua. Iniziamo dai primi motori utilizzati per la trazione elettrica, ovvero quelli a corrente continua. Tra i motori asincroni a corrente continua, troviamo i motori con spazzole e quelli brushless, senza spazzole.
Nel primo caso, il rotore è collegato alla batteria tramite due componenti, chiamati appunto spazzole, che con il proprio contatto sul rotore riescono a trasferire a quest’ultimo energia elettrica per permettergli di essere alimentato e avere un suo campo elettromagnetico. Questo sistema è molto semplice ed economico da utilizzare, ma le spazzole sono soggette ad usura e quindi necessitano di una manutenzione che, sulle altre tipologie di motori elettrici, non è prevista. Tra i motori a corrente continua, infatti, trovano posto anche i motori brushless, ovvero senza spazzole: In questa soluzione, le bobine sono montate sullo statore, e i magneti permanenti sullo statore. In questo modo, la corrente fluisce sullo statore e viene regolata elettronicamente per gestire il campo elettromagnetico e, visto che il rotore è dotato dei magneti permanenti, di mettere in moto il rotore stesso. Si tratta di una soluzione più efficiente e più leggera, ma più complessa da gestire, in quanto per garantire la massima efficienza bisogna gestire con precisione la direzione dei campi magnetici.
Le tipologie di motore dell’auto elettrica oggi più utilizzata c’è invece quella del motore a corrente alternata, che richiede l’utilizzo di un inverter per poter trasformare la corrente continua immagazzinata all’interno della batteria ad alto voltaggio in corrente alternata, utilizzabile dai motori elettrici. Il motore elettrico più utilizzato sulle auto ibride e sulle prime elettriche è quello asincrono ibride ed elettriche è il motore asincrono. Noto anche come asincrono trifase, il motore asincrono, nel momento in cui lo statore viene alimentato, il campo magnetico generato induce un secondo campo magnetico negli avvolgimenti del rotore. Questa soluzione è più duratura nel tempo ed è molto più economica da realizzare rispetto ai motori sincroni a magneti permanenti, ma comporta alcuni limiti. Rispetto ai motori sincroni, infatti, l’asincrono trifase ha componenti più pesanti, riducendo quindi la potenza erogabile dal motore e la sua risposta. In generale, quindi, i motori asincroni sono meno vivaci e pesano di più, ma costando meno e avendo una buona efficienza sono ancora interessanti per alcuni utilizzi. Tra le automobili elettriche di ultima generazione, i motori asincrono sono sempre meno utilizzati. Una delle ultime fautrici di questa tecnologia è stata Tesla, che monta motori asincroni sull’asse anteriore delle sue Model 3 e Model Y.
Questa tecnologia, però, verrà progressivamente abbandonata, preferendo i più leggeri e prestanti motori sincroni. Tra le tipologie di motore dell’auto elettrica, il motore sincrono è quello che si sta facendo più strada come soluzione ideale. Noto anche come “a magneti permanenti”, i motori sincroni formano naturalmente un campo magnetico che muove il rotore, rendendo quindi sincronizzati i campi magnetici di rotore e statore. L’assenza di bobine e di “spazzole” rende più affidabili, più leggeri e più potenti i motori sincroni rispetto alla tipologia asincrona, che hanno prestazioni più alte, sono più efficienti e più leggeri, nonché più compatti. I lati negativi di questa tecnologia stanno nei costi, molto più elevati rispetto al motore sincrono, e ad una perdita di prestazioni piuttosto importante in occasione di surriscaldamento.
I magneti permanenti, infatti, possono smagnetizzarsi se il calore sale eccessivamente, riducendo così la potenza. Non si tratta di problemi permanenti, ma che possono creare una limitazione della potenza in caso di surriscaldamento.
Motore auto elettrica: costi
Concludiamo infine con uno degli aspetti più interessanti delle automobili a batteria, ovvero i costi del motore dell’auto elettrica. Spesso sentiamo parlare del costo delle automobili elettriche, molto più alto di quello delle termiche equivalenti. In realtà, però, la maggior parte dei costi sono da addebitare alla batteria, che può partire da 6.000 euro per i pacchi batteria più piccoli e arrivare ai 35-40.000 euro delle automobili elettriche con batterie da 100 kWh o superiori.
In realtà, il motore dell’auto elettrica ha costi davvero contenuti, anche e soprattutto quando confrontato con motori termici di pari potenza. Un motore elettrico, infatti, parte da un prezzo minimo di 1.000 euro: a questo prezzo, però, non ci si porta a casa un motore “scarso”, ma un motore compatto e con circa 100/150 CV di potenza. I motori elettrici più potenti, invece, non costano molto di più. Non è difficile imbattersi in propulsori usati di Tesla Model 3 e Model S, con potenze comprese tra i 325 e i 450 CV, proposti tra i 1.800 e i 3.500 euro, mentre un motore nuovo mai utilizzato di Tesla Model 3 Performance costa circa 6.000 euro, con entrambi i motori che possono arrivare a 8.000 euro.
Lo stesso vale per una Audi e-tron, non più in commercio: il motore posteriore di una Audi e-tron 55 quattro, capace di 190 CV, è proposto a circa 4.000 euro nuovo, e a meno di 2.500 usato. Si tratta di cifre davvero interessanti, che diventano appetibili per chi vuole installare un motore elettrico su un’auto termica, magari classica, tramite retrofit. In questi casi, è possibile anche adattare il cambio manuale di un’auto termica, nonostante non sia necessario: l’utilizzo della frizione e del cambio, infatti, è pressoché ridondante.
