Aunque para cuantificar la autonomía de un coche eléctrico el dato más significativo es la capacidad de su batería, hay otros elementos que también influyen en ella. Uno de ellos, muy importante, es el motor y su eficiencia. Por eso es necesario elegir correctamente el tipo de motor que se utiliza en cada modelo. Un motor de combustión tan solo convierte el 30% de la energía en el par motor que mueve las ruedas. Un motor eléctrico es mucho más eficiente, alcanzando, según la tecnología, hasta un 90% (o incluso más).
Los fabricantes de coches eléctricos utilizan diferentes tecnologías de motores eléctricos que se distinguen por el tipo de corriente que necesitan y por cómo se genera el campo magnético del rotor a partir del generado en el estator. Los motores síncronos de corriente continua son los más utilizados y dentro de ellos, los que utilizan imanes permanentes en el rotor. Su mayor inconveniente es que necesitan de las llamadas tierras raras, materiales caros y complicados de tratar que elevan su precio. A cambio, dan lugar a un motor compacto, fácil de controlar y rápido de enfriar, puesto que su únicos devanados están en el estator. Son adecuados, por tanto, para vehículos eléctricos de tamaño pequeño o mediano.
Una alternativa a ellos son los motores síncronos de excitación externa, que son los utilizados, por ejemplo, por Renault. En vez de imanes permanentes, utilizan devanados en el rotor y un una fuente eléctrica externa para crear el campo magnético en ellos. Su ventaja es que permiten controlar la potencia y, por lo tanto, los requerimientos de par en cada momento, lo que los hace más eficientes. A cambio, son motores más voluminosos por los componentes extra que necesitan.
¿Qué ha estado haciendo Tesla?
Una segunda tipología de motor son los de corriente alterna asíncronos o de inducción, adecuados para aplicaciones de alta potencia (también conocidos como jaula de ardilla) Estos son los que utilizaba Tesla en el Model S y en el Model X. De hecho, Nikola Tesla, a quien la compañía debe su nombre, fue el inventor de este motor. Con la llegada del Model 3 cambió a imanes permanentes. Un cambio que, finalmente, hizo que comenzara a incorporarlos también en sus otros vehículos.
El rotor está formado por espiras. El campo magnético que se genera en él es producto del ‘deslizamiento’ o diferencia de velocidad respecto al giro del estator. El par que se genera es proporcional a este deslizamiento lo que hace que en ellos sea más complicado controlar la velocidad de rotación. Esta no se comanda mediante la velocidad del estator, como en el síncrono, sino a través del deslizamiento. Es un motor más barato, menos eficiente y muy potente, duradero y robusto, porque no necesita alimentación externa ni partes móviles.
El nuevo planteamiento: lo mejor de cada tipología
El fabricante californiano ha hecho un anuncio importante respecto a la tecnología de sus motores eléctricos en el pasado Día del Inversor. Elon Musk afirmó que crearán un motor de imanes permanentes (síncrono) que no necesite de tierras raras (barato). Es decir, lo mejor de los dos mundos.
En la tabla periódica, los elementos denominados tierras raras, resaltados en rojo en la imagen, son el grupo de los lantánidos, además del escandio y el itrio. En realidad, contrariamente a lo que dice su nombre, tampoco son tan raros. Por ejemplo, las reservas de neodimio son, aproximadamente, dos tercios más grandes que las del cobre. Su elevado coste se debe a que su extracción y procesamiento son actividades extremadamente contaminantes y caras.
Contrariamente a lo que muchos piensan, las baterías no suelen contenerlos. Están en los imanes de los motores y el que más se usa es, precisamente por su abundancia, el neodimio, que también está presente en los imanes de los altavoces y de los discos duros. El disprosio y el terbio se usan comúnmente como aditivos para los imanes de neodimio.
Según Tesla, entre 2017 y 2022, ha logrado reducir el uso de tierras raras en sus propulsores en un 25%, gracias al aumentó de la eficiencia de la transmisión, que permite reducir el tamaño del motor. Pero eso no es suficiente. El objetivo es que los imanes permanentes sigan estando en sus motores, pero no necesitar de tierras raras para crearlos.
Durante su presentación, Tesla mostró una diapositiva que comparaba su uso actual de tierras raras en el motor de imanes permanentes del Model Y con este nuevo motor de próxima generación que no precisa ninguna de ellas. En las cantidades, indicadas en gramos, no se identifica cada uno de los materiales que utiliza, probablemente considerando esa información como un secreto comercial que no se puede revelar. Es de suponer que el primer número probablemente sea neodimio, y los otros dos disprosio y terbio. En cuanto al futuro motor, no hay ninguna indicación de los materiales que utilizará para sustituirlos.
Hasta ahora, los imanes permanentes a base de neodimio han sido el estándar para aplicaciones que precisan motores eléctricos de alta potencia, fáciles de controlar mediante la electrónica de y duraderos. Pero con la demanda por parte de la industria del automóvil el precio de sus componentes ha aumentado y encontrar un sustituto para las tierras raras ha comenzado a ser una necesidad.
Durante la última década se han realizado investigaciones en busca de otros materiales que, potencialmente, podrían reemplazarlos. Si bien Tesla no ha especificado cuales son los que planea utilizar, este anuncio indica que está cerca de tomar una decisión o, al menos, ve la posibilidad de obtener una buena solución en un futuro cercano.
