Quanti motori elettrici ci sono nella vostra auto?

di Clark Kinnaird, Systems Engineer, Texas Instrument

Il Regno Unito, la Norvegia, i Paesi Bassi, la Danimarca e la Francia hanno già proposto piani per bandire i motori a combustione interna, mentre la Cina sta studiando anche quando vietare questi ultimi. Pertanto, la strada è tracciata: i potenti motori elettrici, noti anche come motori di trazione, giocheranno un ruolo significativo e sempre maggiore come motore di propulsione dei veicoli. I motori elettrici, comunque, già dominano in molte altre applicazioni automobilistiche. Immaginiamo di fare un censimento dei motori di un’automobile tipica.

Figura 1: Applicazioni del motore elettrico in un’automobile

 

Popolazioni di motori esistenti e in aumento

I motorini di avviamento elettrici fanno parte delle automobili da quando i nostri bisnonni hanno deciso che serviva un modo migliore per mettere in moto l’auto che non con una manovella. Tipicamente, i motorini di avviamento sono ancora i motori elettrici più potenti che non siano motori di trazione. Con l’avvento di tecnologie di tipo Start & Stop e dei veicoli mild hybrid, il motorino di avviamento si sta trasformando in un avviatore-generatore assumendo più funzioni. In alcuni modelli, un motorino di avviamento potenziato può essere utilizzato per avanzare lentamente nel traffico in modalità Stop & Go, rendendo difficile distinguere tra un motorino di avviamento e un motore di trazione elettrica.

I tergicristalli sono forse l’esempio più diffuso di motorini elettrici nelle automobili di oggi. Ogni auto ha almeno un motorino per i tergicristalli anteriori. La popolarità dei SUV e delle due volumi con finestrini posteriori meno limitati ha portato inoltre alla presenza di tergicristalli posteriori e dei relativi motorini su gran parte delle auto. Un altro motorino serve a pompare il liquido lavavetri sul parabrezza e, in alcune auto, sui fari, che possono essere dotati di piccoli tergicristalli appositi.

Inoltre, quasi tutte le auto hanno ventole che fanno circolare l’aria del sistema di riscaldamento e raffreddamento: molti veicoli hanno due o più ventole nell’abitacolo, mentre i veicoli di fascia alta hanno ventole integrate nei sedili per la ventilazione dei cuscini e per la distribuzione del calore.

Anche i sedili elettrici sono un buon posto dove andare alla ricerca di motorini elettrici. Nelle auto economiche, questi motori consentono una comoda regolazione in avanti e indietro e permettono di inclinare lo schienale. Nelle auto di categoria premium, i motorini elettrici controllano opzioni come la regolazione dell’altezza, l’inclinazione del cuscino inferiore, il supporto lombare, la regolazione del poggiatesta e la solidità del cuscino. Altre funzioni dei sedili che utilizzano motorini elettrici includono il ribaltamento del sedile elettrico e lo stivaggio elettrico dei sedili posteriori.

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Un tempo, i finestrini si aprivano a mano, ma ora gli alzacristalli elettrici sono un optional comune: le generazioni future non riusciranno a capire cosa significhi il tradizionale movimento circolare della mano che si usa fare per chiedere a qualcuno di abbassare i finestrini.

Ogni finestrino è un altro punto in cui è possibile trovare un motorino elettrico, comprese le varianti come i tettucci apribili e i finestrini di aerazione posteriore dei minivan. Gli azionamenti per questi finestrini possono essere semplici come un relè, ma i requisiti di sicurezza come il rilevamento di un ostacolo o di un oggetto schiacciato dal finestrino portano all’uso di opzioni di azionamento più intelligenti, con il monitoraggio del movimento e limitazioni della forza motrice.

Le serrature sono un’altra pratica funzione in cui il funzionamento manuale ha lasciato il posto a un motorino elettrico. Tra i vantaggi del comando elettrico vi sono caratteristiche pratiche come il telecomando, una maggiore sicurezza e funzioni intelligenti come lo sblocco automatico dopo una collisione. A differenza degli alzacristalli elettrici, le serrature elettriche delle porte devono mantenere la possibilità di azionamento manuale: tale caratteristica incide sul design del motorino e del meccanismo della serratura elettrica.

Gli indicatori sul cruscotto o sul quadro strumenti potrebbero diventare diodi a emissione di luce (LED) o altri tipi di display, ma per ora ogni quadrante e ogni indicatore utilizza un piccolo motorino elettrico. Altri motori elettrici che rientrano nella categoria comfort includono caratteristiche comuni come gli specchietti laterali ripiegabili e la regolazione della posizione, nonché applicazioni più esotiche come i tetti pieghevoli, le pedane estensibili e i divisori in vetro tra guidatore e passeggeri.

Sotto il cofano, i motorini elettrici si stanno diffondendo sempre più in diversi punti. Nella maggior parte dei casi, i motorini elettrici stanno sostituendo i componenti meccanici con azionamento a cinghia. Alcuni esempi sono le ventole del radiatore, le pompe del carburante, le pompe dell’acqua e i compressori. Spostare queste funzioni da una trasmissione a cinghia a una trasmissione elettrica presenta diversi vantaggi. Uno di questi è il fatto che azionare i motori elettrici con l’elettronica moderna può essere molto più efficiente dal punto di vista energetico rispetto all’utilizzo di cinghie e pulegge, portando a vantaggi come una maggiore efficienza dei consumi di carburante, riduzione del peso e minori emissioni. Un altro vantaggio è che l’uso di motori elettrici al posto delle cinghie consente maggiore libertà di progettazione meccanica, in quanto la posizione di montaggio di pompe e ventilatori non deve essere vincolata alla necessità di far passare una cinghia a serpentina su ciascuna puleggia.

 

Tendenze tecnologiche

La maggior parte dei motorini elettrici delle auto odierne funziona con il sistema automotive standard a 12 V, con un alternatore a cinghia che genera la tensione e una batteria al piombo per la sua conservazione. Questa soluzione funziona bene da decenni, ma i veicoli più recenti necessitano di sempre più corrente elettrica per comfort, intrattenimento, navigazione, assistenza alla guida e caratteristiche di sicurezza.

Un sistema a doppia tensione da 12 V e 48 V potrebbe togliere alcuni dei carichi a corrente più elevata dalla batteria da 12 V. I vantaggi dell’utilizzo di un’alimentazione a 48 V sono una riduzione di 4 volte della corrente a parità di potenza e una conseguente riduzione del peso in termini di cavi e avvolgimenti del motore. Esempi di carichi a corrente elevata che possono essere spostati su un’alimentazione a 48 V includono il motorino di avviamento, il turbocompressore, la pompa del carburante, la pompa dell’acqua e le ventole di raffreddamento. L’implementazione di un sistema elettrico a 48 V per questi componenti potrebbe portare ad un risparmio sul consumo di carburante del 10% circa.

 

L’evoluzione delle reti di bordo in tensione grazie all’elettrificazione dei veicoli

 

I motori in CC con spazzole sono la soluzione tradizionale per azionare la maggior parte delle funzioni elettriche di comfort nella carrozzeria di un veicolo. Poiché le spazzole provvedono alla commutazione, questi motori sono semplici da azionare e relativamente economici. In alcune applicazioni, i motori in CC senza spazzole (BLDC) possono fornire vantaggi significativi in termini di densità di potenza, riducendo quindi il peso, il consumo di carburante e le emissioni. I costruttori utilizzano i motori BLDC nei tergicristalli, nei ventilatori e nelle pompe dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria dell’abitacolo (HVAC). In queste applicazioni, il motore tende a funzionare per lunghi periodi, a differenza del funzionamento temporaneo come nel caso degli alzacristalli elettrici o dei sedili elettrici, dove la semplicità e l’economicità dei motori a spazzole offrono ancora un vantaggio.

 

Pertanto, quanti motori elettrici ci sono nella vostra auto?

Sarebbe arduo trovare un’auto ultimo modello con meno di una dozzina di motori elettrici, mentre una tipica auto moderna che viaggia oggi sulle strade americane potrebbe facilmente avere 40 motori elettrici o più. La crescente popolarità dei veicoli elettrici stimolerà numerose innovazioni nei motori elettrici in campo automotive. Tuttavia, i motori elettrici sono già ampiamente diffusi in tutti i veicoli a combustione interna, e sono sempre di più le applicazioni che con ogni nuovo model year offrono maggiore comodità, migliore intelligenza e un funzionamento più sicuro riducendo inoltre l’impatto ambientale. In ogni caso, comunque, c’è sempre spazio per qualcosa in più.

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