Motor síncrono de imanes permanentes (PMSM)

El motor síncrono de imanes permanentes, abreviado habitualmente como PMSM por sus siglas en inglés, es la máquina eléctrica que mueve a la inmensa mayoría de los vehículos eléctricos de batería y de los híbridos enchufables modernos. Debe ese predominio a que su rotor genera su propio campo magnético gracias a potentes imanes fijos, y no mediante corriente aportada desde el exterior. Al estar ese campo presente de forma permanente, el motor no desperdicia energía en crearlo, lo que confiere al PMSM una eficiencia excepcionalmente alta y una relación muy favorable entre potencia y peso y entre potencia y volumen. El resultado es una unidad compacta y ligera que ofrece un par motor contundente desde parado, justo lo que necesita un turismo.

Mecánicamente, el motor consta de dos partes principales: un estátor fijo bobinado con espiras de cobre y un rotor giratorio en cuyo interior se alojan los imanes. Cuando el inversor alimenta el bobinado del estátor con corriente alterna trifásica, se crea un campo magnético rotativo. Los imanes del rotor se acoplan a ese campo giratorio y lo persiguen, de modo que el rotor gira a la par, es decir, de forma síncrona con él, de ahí el nombre de máquina síncrona. En la mayoría de los diseños para automoción, los imanes van embebidos en las chapas de acero del rotor en lugar de montados en su superficie; esta disposición de imanes interiores aporta una componente útil de par de reluctancia y permite que el rotor gire con seguridad a altas revoluciones sin que los imanes salgan despedidos.

Los imanes suelen ser de tierras raras del tipo neodimio-hierro-boro, a menudo con adición de disprosio o terbio para evitar que se desmagneticen al calentarse. Su fuerza es la fuente de la eficiencia del motor, pero también su principal inconveniente. Las tierras raras son caras, su suministro está concentrado geográficamente y su extracción y refinado conllevan una carga medioambiental y geopolítica. Esto ha empujado a los fabricantes a reducir el contenido de imanes, a rediseñar los rotores para emplear menos tierras raras pesadas o, en algunos modelos, a combinar un PMSM en un eje con un motor de inducción sin imanes en el otro.

El control preciso exige conocer con exactitud la posición del rotor, por lo que el motor depende de un sensor de posición, normalmente un resólver, que informa al inversor; este ajusta la forma de onda de la corriente miles de veces por segundo. El mismo equipo permite que el motor actúe como generador durante la frenada regenerativa, transformando la inercia del coche en carga almacenada. De este campo permanente se deriva una peculiaridad práctica: como los imanes inducen siempre una fuerza contraelectromotriz, un PMSM no puede rodar libremente con tanta limpieza como un motor de inducción y, a muy altas revoluciones, debe gestionarse activamente mediante debilitamiento de campo para evitar un par de frenado no deseado o un exceso de tensión.

Dentro del conjunto del sistema de tracción, el PMSM se sitúa entre el inversor del vehículo eléctrico, que le suministra una corriente cuidadosamente modulada, y un reductor que adapta sus altas revoluciones a las ruedas. Su principal alternativa es el motor de inducción, que sacrifica algo de eficiencia a cambio de un menor coste y de prescindir de las tierras raras, y la elección entre ambos es una de las decisiones de ingeniería que definen el sistema de propulsión de cualquier coche eléctrico y su eficiencia global.