Il 2025 ha visto una serie di annunci di motori ad alti regimi per veicoli elettrici (EV), molti dei quali hanno superato i 30.000 giri/min!
Cosa si nasconde dietro questa improvvisa esigenza di regimi elevati? In questo articolo, IDTechEx discute i vantaggi, le sfide e le soluzioni per adottare questo approccio.
Con l’ultimo rapporto di IDTechEx sui motori elettrici per veicoli elettrici 2026-2036 che prevede che nel 2036 saranno necessari oltre 140 milioni di motori per veicoli elettrici, l’evoluzione delle tendenze tecnologiche potrebbe aprire nuove opportunità per i produttori di motori e i loro fornitori.
I motori dei veicoli elettrici girano più velocemente
In un veicolo con motore a combustione interna (ICE), un regime massimo più elevato è stato associato a prestazioni più elevate, consentendo ai conducenti di “far girare” i motori più a lungo prima di cambiare marcia. Poiché la potenza è funzione del regime e della coppia, un motore a regimi più elevati ha il potenziale per una maggiore potenza a tali regimi più elevati.
Nel mercato dei veicoli elettrici, l’intervallo di giri/min è aumentato quasi immediatamente. Mentre un’auto a benzina media raggiunge il massimo regime a circa 5000-6000 giri/min, il motore elettrico medio si attesta sui 10.000-15.000 giri/min e tale intervallo (attraverso una trasmissione a singola velocità) può coprire l’intera gamma di velocità del veicolo senza la necessità di più marce.
Perché voler andare più veloce?
A parità di potenza, i motori elettrici sono molto più compatti di un tipico motore a combustione interna, ma questo non ha impedito al mercato dei veicoli elettrici di cercare di realizzare motori più piccoli e con maggiore densità di potenza per liberare spazio e ridurre i costi.
Una soluzione a questo problema è aumentare la velocità massima del motore.
Tesla e Lucid hanno lanciato rispettivamente la Model S Plaid e la Model S Air nel 2021, entrambe dotate di motori con un regime massimo di circa 20.000 giri/min.
Nel 2025, diversi produttori, tra cui BYD, Xiaomi e GAC, hanno annunciato motori per veicoli elettrici con velocità ancora maggiori, che superano i 30.000 giri/min. Questa spinta verso regimi più elevati ha permesso di realizzare motori più compatti, con potenze più elevate. Se le prestazioni finali di un motore sono le stesse, ma le dimensioni del motore sono ridotte, ciò significa che la distinta base è ridotta e che il motore più piccolo consente più spazio nel veicolo per gli occupanti o altri componenti della trasmissione.
Il database di IDTechEx ha rilevato che per le macchine PM a flusso radiale, l’aumento del regime massimo da 10.000 giri/min a 20.000 giri/min ha aumentato la densità di potenza del 69% e che un ulteriore aumento a 30.000 giri/min fornisce un ulteriore aumento del 41%.
In general, increasing maximum speed will increase the power density of a motor. Source: IDTechEx
Sfide principali e relative soluzioni
Spingere i motori a velocità più elevate non è però privo di compromessi:
- Perdite in corrente alternata: i motori sono in genere azionati tramite corrente trifase negli avvolgimenti dello statore. Per un motore più veloce, la frequenza della corrente sinusoidale aumenta, ma aumentano anche le perdite parassite negli avvolgimenti dello statore (perdite in corrente alternata in rame) e nei lamierini (perdite in corrente alternata in ferro).
- Struttura del rotore: a velocità più elevate, la forza centrifuga a cui è sottoposto il rotore aumenta e la struttura del rotore diventa una sfida.
- Raffreddamento: la gestione termica può essere complessa quando tutto è più compatto.
- Rapporti di trasmissione: man mano che il motore gira più velocemente, è necessario un rapporto di trasmissione più elevato per ottenere la velocità necessaria alle ruote. È possibile utilizzare più stadi di riduzione, ma ognuno di essi aumenterebbe ulteriormente i costi e la complessità.
- Cuscinetti: i cuscinetti subiranno maggiori sollecitazioni, calore da attrito e qualsiasi squilibrio nel rotore si tradurrà direttamente in forze dinamiche sui cuscinetti.
Tuttavia, esistono potenziali soluzioni:
- Perdite in corrente alternata: il numero di poli può essere ridotto per ridurre la frequenza necessaria. Si potrebbero utilizzare lamierini più sottili o materiali amorfi.
- Struttura del rotore: velocità più elevate possono essere consentite da un diametro del rotore più piccolo, riducendo così le forze centrifughe. Un maggiore impegno può essere dedicato anche alla progettazione strutturale del rotore e alla geometria dei magneti. Alcuni hanno iniziato ad avvolgere il rotore in carbonio per mantenerne la struttura.
- Raffreddamento: la maggior parte dei produttori utilizza ora il raffreddamento diretto dell’olio per avvicinare il più possibile il liquido refrigerante ai componenti che generano calore. Questo è particolarmente importante per i motori ad alta velocità. Sebbene ciò possa aggiungere complessità, esiste il potenziale per eliminare la camicia d’acqua che potrebbe essere stata utilizzata nei progetti precedenti.
- Rapporti di riduzione: per evitare di aggiungere ulteriori stadi di riduzione (oltre ai tipici 2), l’ingranaggio del primo stadio deve essere molto piccolo.
- Cuscinetti: una maggiore attenzione ingegneristica viene rivolta ai cuscinetti, con i cuscinetti in ceramica (o in ceramica ibrida) che stanno diventando una soluzione comune.
Esistono certamente soluzioni alle sfide dei motori ad alta velocità, ma è necessario trovare un equilibrio tra i potenziali vantaggi in termini di prestazioni e costi di un motore più piccolo e ad alta velocità, con i potenziali costi aggiuntivi e la complessità delle soluzioni a tali sfide. Considerando tutto ciò, è probabile che una parte significativa del mercato dei veicoli elettrici manterrà motori con un intervallo di regimi più moderato, ma è sicuramente previsto un maggiore impiego di motori ad alta velocità, unità di azionamento elettriche ed eAxle.
Nell’ultimo rapporto di IDTechEx sui motori elettrici per veicoli elettrici Electric Vehicles 2026-2036 si analizza l’attuale panorama tecnologico e dei materiali per i motori elettrici nei veicoli elettrici e prevede le tendenze e la domanda future per i prossimi 10 anni.
IDTechEx prevede che nel 2036 saranno necessari oltre 140 milioni di motori elettrici per il mercato dei veicoli elettrici, in segmenti che includono auto, camion, autobus, veicoli a due e tre ruote, microcar e veicoli commerciali leggeri.
Fonte: IDTechEx
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