La maggior parte dei veicoli elettrici utilizza motori trifase brushless con magneti permanenti, che offrono un’elevata densità di potenza e un’ottima efficienza. Tuttavia, questi motori richiedono terre rare, materiali costosi e difficili da reperire, che pongono il settore automotive in una situazione di dipendenza dalle nazioni produttrici. Inoltre, nei veicoli con due motori, quando uno viene disattivato, la resistenza generata dal campo magnetico permanente provoca un effetto frenante indesiderato.
Per superare questi limiti, le case automobilistiche stanno riscoprendo il motore a rotore avvolto, una tecnologia che elimina l’uso di magneti permanenti e utilizza invece avvolgimenti sia sullo statore che sul rotore. In questi motori, il campo magnetico viene generato da una corrente di eccitazione, permettendo di ottenere prestazioni simili ai brushless ma senza la necessità di materiali critici.
Questo approccio è stato adottato da aziende come Valeo, Mahle e ZF, che stanno sviluppando assali elettrici per auto di fascia alta, sfruttando questa tecnologia per ridurre i costi e migliorare l’affidabilità.
Terre rare vs trasmissione induttiva?
Uno degli ostacoli principali nell’uso dei motori a rotore avvolto è sempre stata la necessità di spazzole per trasmettere energia al rotore. Le spazzole, infatti, introducono attrito, richiedono manutenzione e limitano la durata del motore. La soluzione arriva dalla trasmissione induttiva della corrente di eccitazione, una tecnologia innovativa sviluppata da ZF e Mahle.
Con la trasmissione induttiva, l’energia viene trasferita senza contatto fisico, eliminando le spazzole e consentendo un raffreddamento più efficiente. Questo rende il motore più compatto, più longevo e più adatto all’uso nei veicoli elettrici. ZF ha sviluppato la tecnologia I²SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Machine), che utilizza un sistema di bobine accoppiate per trasferire energia al rotore senza contatto. Mahle ha adottato un approccio simile con il sistema iBEE (inner Brushless Electric Excitation), che utilizza bobine disposte assialmente per ottenere lo stesso effetto.
Entrambe le soluzioni permettono di eliminare la necessità di magneti permanenti e di migliorare l’efficienza del motore, soprattutto durante i lunghi viaggi ad alta velocità. Inoltre, questi motori possono operare con tensioni di fase di 400V o 800V, supportati da inverter di ultima generazione basati su tecnologia in carburo di silicio. ZF, in particolare, sta collaborando con NXP per sviluppare nuovi gate-driver isolati ad alta tensione, integrati nelle soluzioni di inverter da 800V per veicoli elettrici.
L’adozione dei motori a rotore avvolto con trasmissione induttiva rappresenta un passo importante per l’industria automobilistica. Questa tecnologia non solo riduce la dipendenza dalle terre rare, ma offre anche prestazioni competitive rispetto ai motori brushless tradizionali, con un’efficienza migliorata e costi di produzione più contenuti. Con il crescente interesse per soluzioni più sostenibili, il motore a rotore avvolto potrebbe diventare lo standard per la prossima generazione di veicoli elettrici.
