Motores IPM e SPM: ímãs na superfície ou no interior, o que isso muda
Abra o motor do cubo de uma scooter: os ímãs estão colados à superfície do rotor. Abra o motor de um carro elétrico recente: frequentemente, os ímãs estão embutidos em ranhuras, dentro do conjunto de chapas do rotor. Essa diferença de posição resulta em duas famílias de motores síncronos de ímãs: SPM e IPM. Isso altera a forma como o motor produz seu torque e sua capacidade de girar rapidamente.
O essencial
- SPM: Ímãs dispostos na superfície do rotor. Simples e eficaz, essa é a característica dos motores utilizados em patinetes elétricos.
- IPM: Ímãs alojados no interior do rotor. O motor produz um torque adicional, denominado torque de relutância.
- O design IPM (Integrated Power Module) oferece melhor desempenho em velocidades muito altas e é adequado para sistemas de refrigeração, o que explica seu sucesso na indústria automobilística.
- A configuração IPM (Integrated Power Module) exige um controle mais preciso: a corrente de d não é mais mantida em zero.
Existem duas maneiras de fixar os ímãs
SPM: ímãs de superfície
SPM significa "Ímã de Campo Superficial". Os ímãs são colados na superfície do rotor, voltados para as bobinas. A construção é simples, e todo o fluxo magnético dos ímãs trabalha diretamente. Os motores de cubo para scooters, com rotor externo, são quase todos desse tipo: os ímãs revestem o interior da carcaça que gira.
Limite: Em velocidades muito altas com um rotor interno, a força centrífuga tende a desalojar os ímãs, que então precisam ser fixados, ou seja, mantidos no lugar por uma anilha.
IPM: ímãs internos
IPM significa "Ímã Permanente Interno". Os ímãs são encaixados em cavidades usinadas nas chapas do rotor, frequentemente dispostos em forma de "V". Eles são protegidos mecanicamente, e a forma do material ferromagnético ao seu redor cria um efeito adicional, descrito mais adiante.
O torque de relutância
O ferro é atraído por um campo magnético, mesmo sem a presença de um ímã: isso é a relutância. Um pedaço de ferro alongado tende a se alinhar com o campo, como uma agulha de bússola.
Em um motor IPM (Permanent Magnet with Internal Rotor), o rotor não é magneticamente "circular": ele permite que o campo magnético passe mais facilmente em certas direções do que em outras, devido aos alojamentos dos ímãs, que são essencialmente pequenos espaços vazios. Diz-se que ele possui saillance. Em termos de controle vetorial, sua indutância não é a mesma no eixo d (alinhado com os ímãs) e no eixo q (a 90°).
Resultado: o torque total de um motor IPM (Internal Permanent Magnet) tem duas origens.
- o torque dos ímãs, como em um SPM, produzido pela corrente q;
- o torque de relutância, produzido pela combinação das correntes d e q, graças à diferença de indutância entre os dois eixos.
O que isso muda em relação ao controle?
Em um motor de ímãs permanentes (SPM), a corrente "d" não produz torque: o controle vetorial (FOC) a mantém em zero. Em um motor de relutância com ímãs permanentes (IPM), uma corrente "d" cuidadosamente escolhida, negativa, adiciona torque de relutância. Portanto, para um determinado torque, existe uma combinação de correntes "d" e "q" que exige a menor quantidade possível de amperes: essa é a estratégia MTPA, que significa "Máximo Torque por Ampere", ou seja, o máximo de torque por ampere.
O controlador, então, precisa conhecer as duas indutâncias do motor e calcular a distribuição correta em cada instante, o que exige uma caracterização mais detalhada do motor.
Por que a tecnologia IPM é dominante na indústria automobilística?
- **Gira rapidamente:** Ímãs protegidos em ferro, suporta altas velocidades de rotação.
- Desempenho excelente: Além de sua velocidade básica, ele mantém uma potência útil em uma ampla faixa de velocidade graças à corrente. Consulte nosso guia sobre desmagnetização.
- Economiza ímãs: Uma parte do torque é proveniente da relutância, o que permite reduzir a quantidade de ímãs, que são caros.
Alguns fabricantes vão além, utilizando motores chamados "síncronos de relutância assistidos por ímãs", nos quais a relutância fornece a maior parte do torque, enquanto os ímãs fornecem um complemento.
E em um patinete?
Um motor de cubo para patinetes gira lentamente (a roda é acionada diretamente) e precisa de muito torque desde o momento da partida. O SPM de rotor externo é muito adequado para essa aplicação: possui um grande diâmetro, muitos ímãs, oferece torque direto e tem uma construção simples. O IPM, por outro lado, é mais vantajoso em motores que giram rapidamente e acionam a roda por meio de uma redução, como nos motores de motocicletas e carros elétricos.
Nossos motores para scooters elétricos são motores de cubo, disponíveis em versões de alta velocidade e alto torque.
Perguntas frequentes
Um motor IPM é mais potente que um motor SPM?
Não necessariamente. Em condições semelhantes, um motor de cubo pode oferecer mais torque por ampère e, principalmente, uma faixa de velocidade mais ampla. No entanto, um motor de cubo bem projetado continua sendo excelente quando a velocidade de rotação é moderada, como em uma roda de scooter.
Um controlador de patinete consegue controlar um motor IPM?
Ele conseguirá fazê-lo funcionar, mas sem aproveitar o torque de relutância se mantiver a corrente em zero. Para aproveitar ao máximo um motor IPM, é necessário um controlador que gerencie a estratégia MTPA e que conheça as duas indutâncias do motor.
O que significa "saillance"?
É o fato de que o rotor permite que o campo magnético passe mais facilmente em uma direção do que em outra. Essa característica é medida pela diferença entre a indutância ao longo do eixo dos ímãs (d) e a indutância a 90° (q). Quanto maior essa diferença, maior é o torque de relutância.