Mecânica

Eletrônica de potência integrada a motor viabiliza veículos híbridos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/12/2009

O novo sistema compacto integra um conversor DC/DC e um inversor, integrando o acionamento elétrico e magnético do motor nas duas funções.
[Imagem: ETH Zurich]

O problema do custo

Os veículos híbridos - que utilizam pequenos motores a combustão em conjunto com geradores e motores elétricos - representam uma das mais promissoras opções para a diminuição do consumo de petróleo e da poluição nas cidades.

Isto porque toda a tecnologia necessária para sua fabricação já está disponível.

Contudo, continua havendo um empecilho grave aos veículos híbrido-elétricos: o custo.

A maioria das montadoras já apresentou seus protótipos de veículos híbridos, mas poucas conseguiram colocá-los em linha de produção não por desafios técnicos, mas justamente porque não seriam capazes de cobrir os custos de fabricação a preços competitivos com os veículos a gasolina ou etanol.

Motor integrado com eletrônica de potência

Agora, em uma pesquisa que não se originou em nenhuma grande montadora, mas no Instituto ETH, de Zurique, na Suíça, pode estar a solução para viabilizar a economia dos veículos híbridos.

Em sua tese de doutoramento, a engenheira Hanna Plesko desenvolveu um novo conceito de módulo de controle que integra as funções de eletrônica de potência no interior do próprio motor elétrico, o que reduz sensivelmente os custos necessários para a fabricação do conjunto, que hoje consiste em várias peças separadas.

A maior parte dos custos de fabricação dos veículos elétricos está no motor ou motores elétricos e no sistema eletrônico de gerenciamento de potência, cujo núcleo central são os inversores e conversores de corrente contínua.

A inovação desenvolvida por Hanna é baseada em um novo conceito onde esses componentes - motor elétrico e eletrônica de potência - desenvolvem várias funções simultaneamente. O uso múltiplo dos circuitos eletrônicos e do motor reduz a quantidade de componentes necessários, além de reduzir o volume do conjunto.

Conversores, inversores e motores

Nos veículos híbridos atuais, as baterias não alimentam apenas os motores elétricos, mas também o rádio, o ar-condicionado, os faróis etc. Enquanto esses componentes elétricos tradicionais exigem apenas uma tensão de 12 volts de corrente contínua, o sistema de acionamento dos motores elétricos exige três fases de corrente alternada com tensões entre 200 e 600 volts.

Por outro lado, os motores elétricos funcionam também como geradores a fim de gerar energia aproveitando a energia cinética durante as frenagens. Essa energia deve ser convertida para ser armazenada nas baterias.

Daí a importância dos componentes eletrônicos de potência, como os conversores DC/DC, que geram as diversas tensões de corrente contínua a partir das baterias, e os inversores, que convertem a corrente contínua em corrente alternada. Atualmente, todo esse aparato está em módulos separados dos motores.

Economia de custos

Hanna e seu orientador Jürgen Biela integraram tudo - motor, inversores e conversores - em uma única peça, gerenciando o motor em suas funções de motor e de gerador a partir de componentes montados dentro do próprio motor.

Ao combinar as diversas funções em uma mesma peça, os pesquisadores descobriram que poderiam economizar inúmeros componentes, além do próprio receptáculo físico. Menos componentes, menos matérias-primas e menos módulos a serem fabricados significam menos custos.

Os pesquisadores depositaram duas patentes para suas inovações e já possuem um protótipo de motor integrado de 3 kW, ainda pequeno para um veículo híbrido real, mas o suficiente para demonstrar os ganhos do novo conceito.